[論文レビュー] NASICON solid-electrolyte modification and analysis using ion and neutron beams

Giovanni Ceccio, J. Vacı́k+8 more|arXiv (Cornell University)|Jan 22, 2026

Advanced Battery Materials and Technologies被引用数 0

ひとこと要約

The paper reports the fabrication of NASICON nanofilms via sputtering from solid-state synthesized pellets, followed by Ni ion implantation and electrochemical impedance spectroscopy to study irradiation effects on electrical properties.

ABSTRACT

Solid electrolytes (SEs) for sodium-based superionic conductors (NaSICON) are widely recognized for their excellent ionic conductivity and application in sodium based energy storage systems. While considerable effort has been made to develop thin electrolytes for all-solid-state batteries (ASSBs) for lithium ions, only a few sodium-based SEs have been successfully fabricated as thin films. These thin films are particularly desirable for their reduced electrical resistance, which typically increases with the thickness of the SE. By reducing the thickness of the SEs to the nanometer scale, their ionic conductivity can be significantly enhanced. In this study, the NASICON composite was initially prepared in the form of pellets using the mixed oxide technique with a planetary ball mill and synthesized by the solid-state method at 1250 °C. The resulting pellets were used as sputtering targets in a low-energy ion facility to prepare continuous and uniform NASICON nanofilms. To explore the effect of ion implantation on the electrical properties of NASICON, the prepared films were bombarded with Ni ions at 1.1 MeV and varying fluences, using the Tandetron accelerator at the CANAM infrastructure (NPI Řež). The electrical properties of both the synthesized and implanted films were analyzed through electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The results, describing the impact of irradiation on NASICON's properties, are presented here.

研究の動機と目的

• NASICON固体電解質の厚さをナノメートルスケールに縮小することがイオン伝導性に与える影響を調べる。
• 固体状態で合成したペレットからスパッタリングによりNASICONナノフィルムを作製する。
• Niイオン照射がNASICONの電気特性に与える影響をインピーダンス分光法で検討する。
• イオン照射後の電気化学的性能の変化を評価する。

提案手法

• 混合酸化物法と1250 °Cでの固体状態合成によりNASICONペレットを調製する。
• ペレットをスパッタリングターゲットとして用い、連続的なNASICONナノフィルムを堆積させる。
• Tandetron加速器を用いて1.1 MeVのNiイオンをさまざまなーフリュエンスでビーム照射する。
• 合成および照射したフィルムの電気特性を電気化学インピーダンス分光法（EIS）で分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ナノメートルスケールのNASICONフィルムの作製は、バルクペレットと比較してイオン伝導性にどのような影響を与えるか。
• RQ2 Niイオン照射がNASICONフィルムの電気的特性に与える影響は何か。
• RQ3 EISはNASICONの電気特性の照射誘起変化を定量化できるか。
• RQ4 どの照射パラメータがNASICONの性能を最適化または劣化させるか。

主な発見

• Niイオン照射と照射パラメータはNASICONの電気的特性に及ぼす影響をEISで特徴付けられた。
• 照射がNASICON特性に与える影響を示す結果が報告された。
• 連続ナノフィルムとしてのNASICONの作製とその後の照射が実証された。
• EISを用いてイオン照射による構造変化とインピーダンスの変化を相関付けた。
• NASICON複合材料は高温固体状態合成で作製され、分析のためにナノフィルムへ加工された。