固体電解質とは
こたいでんかいしつ
固体のままイオンを通し、電子はほとんど通さない材料。全固体電池の硫化物系・酸化物系や、燃料電池の安定化ジルコニアなどがある。
「固体電解質」は、2分野の3問の練習問題に出てきます(電池・エネルギー材料, セラミックス・ガラスなど)。
この用語の分野: 電池・エネルギー材料
固体電解質の練習問題に挑戦
全固体電池に用いる硫化物系の固体電解質についての説明として正しいものはどれか。
- Aイオン伝導率が有機電解液並みのものがあり、加圧だけで緻密にできるが、水分と反応して硫化水素を出す
- Bイオン伝導率は有機電解液より3桁以上低いが、大気中の水分とも反応しないほど安定なので乾燥した環境が不要である
- C硬くて変形しにくいため、1000℃を超える高温で焼結しないと粒子どうしがつながらず、Li⁺ を通さない
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正解：A. イオン伝導率が有機電解液並みのものがあり、加圧だけで緻密にできるが、水分と反応して硫化水素を出す
Li₁₀GeP₂S₁₂(LGPS)や Li₇P₃S₁₁、アルジロダイト型の Li₆PS₅Cl などの硫化物系の固体電解質には、室温で10⁻³〜10⁻² S/cm と、有機電解液(約10⁻² S/cm)に匹敵するイオン伝導率を示すものがあります。硫化物は軟らかく変形しやすいので、粉末を室温で加圧するだけで粒子どうし、電極との接触をとりやすいのも利点です。一方で、大気中の水分と反応して有毒な硫化水素を出しやすいため、乾燥した環境で扱う必要があります。高温で焼結しないと緻密にならないのは、ガーネット型の Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO)などの酸化物系の特徴です。LLZO は大気中で比較的安定でリチウム金属とも反応しにくい反面、硬いので電極との界面をつくりにくいのが課題です。
解説の中の「固体電解質」
Li₁₀GeP₂S₁₂(LGPS)や Li₇P₃S₁₁、アルジロダイト型の Li₆PS₅Cl などの硫化物系の固体電解質には、室温で10⁻³〜10⁻² S/cm と、有機電解液(約10⁻² S/cm)に匹敵するイオン伝導率を示すものがあります。
全固体電池に用いる硫化物系の固体電解質についての説明として正しいものはどれか。高温ではこの酸素空孔を介してO²⁻が移動するので、固体電解質として酸素センサーや固体酸化物形燃料電池(SOFC)に使われます。
ZrO₂にY₂O₃を固溶させた安定化ジルコニア(YSZ)が、酸化物イオンの伝導体になる理由として正しいものはどれか。しかし、リチウムを吸蔵すると体積が約3〜4倍にふくらむため、充放電を繰り返すと粒子が割れて電気的に孤立し、新しく現れた表面で電解液が分解して SEI(固体電解質界面の被膜)ができ直し、リチウムが失われていきます。
負極材料としてのシリコン(Si)についての説明として正しいものはどれか。
「固体電解質」が出てくる問題(3問)
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