Research Abstract


Superionic glass-ceramic electrolytes for room-temperature rechargeable sodium batteries

2012年5月22日 Nature Communications 3 : 856 doi: 10.1038/ncomms1843

温室効果ガス排出削減のためには、太陽光や風力などの再生可能エネルギーを効果的に貯蔵する革新的な蓄電池を早急に開発する必要がある。無機固体の電解質と電極を用いた全固体電池は、安全でサイクル寿命が長く、多様な形状をとることができるので、さまざまな用途に有望な電源である。ナトリウム蓄電池は、資源量が豊富で至るところに存在するナトリウム源を使用するため、リチウム蓄電池よりも適している。全固体ナトリウム電池の実現には固体電解質が不可欠である。今回我々は、ガラス状態から結晶化させることによって高温相が安定化し、Na+イオン伝導度が劇的に増大することを示す。超イオン伝導性を示す立方晶Na3PS4結晶を初めて見いだし、これが析出したガラスセラミック電解質において10−4S cm–1を超える室温伝導度が得られた。さらに、圧粉成形したNa3PS4電解質を用いた全固体ナトリウム電池は、室温で蓄電池として作動した。


林 晃敏1, 野井 浩祐1, 作田 敦1 & 辰巳砂 昌弘1

  1. 大阪府立大学 大学院工学研究科 物質・化学系専攻 応用化学分野
Innovative rechargeable batteries that can effectively store renewable energy, such as solar and wind power, urgently need to be developed to reduce greenhouse gas emissions. All-solid-state batteries with inorganic solid electrolytes and electrodes are promising power sources for a wide range of applications because of their safety, long-cycle lives and versatile geometries. Rechargeable sodium batteries are more suitable than lithium-ion batteries, because they use abundant and ubiquitous sodium sources. Solid electrolytes are critical for realizing all-solid-state sodium batteries. Here we show that stabilization of a high-temperature phase by crystallization from the glassy state dramatically enhances the Na+ ion conductivity. An ambient temperature conductivity of over 10−4 S cm−1 was obtained in a glass-ceramic electrolyte, in which a cubic Na3PS4 crystal with superionic conductivity was first realized. All-solid-state sodium batteries, with a powder-compressed Na3PS4 electrolyte, functioned as a rechargeable battery at room temperature.