| Project/Area Number |
23K19274
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
0502:Inorganic/coordination chemistry, analytical chemistry, inorganic materials chemistry, energy-related chemistry, and related fields
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
矢口 寛 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 基礎科学特別研究員 (10981194)
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| Project Period (FY) |
2023-08-31 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | ヒドリドイオン導電体 / ヒドリド含有化合物 / 物質変換 / ヒドリド導電体 |
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| Outline of Research at the Start |
エネルギー・環境問題を解決するために，安定かつ水素化物イオン（ヒドリド）が高速で伝導する新しい材料（ヒドリド導電体）の開発が期待されている。近年、高いヒドリド導電率を示す物質が複数見いだされてきたが、これらの物質はデバイスとして応用する上で不活性雰囲気でしか用いることができないという本質的な問題点を抱えている。本課題では、高いヒドリド導電率を維持しながらも優れた熱的・電気的・化学的安定性を持つ新規ヒドリド導電体の創出を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
今後の社会の持続的な発展のために、燃料電池等の電気化学デバイスの開発が求められている。燃料電池には作動温度が高温(700 ℃)であるといった問題を抱えており、工業廃熱を利用できる中温域(200-400 ℃)での作動が望まれている。ヒドリドの持つ高い還元力から既存の燃料電池に応用されている導電体と比較してヒドリドイオン導電体は電極での反応が有利である。そのためヒドリドイオン導電体を用いることで中温域での作動が可能となる。しかしながら、現状のヒドリドイオン導電体は中温域において高い導電率と高い安定性を両立した材料は存在せず、燃料電池等への応用可能なヒドリドイオン導電体の発見が求められている。
本年度は既知物質であるBa1.75LiH2.7O0.9に異種元素置換を検討し、0.1 S/cmを超える極めて高い導電率を発現する物質を発見した。さらにこの物質はBa1.75LiH2.7O0.9などの既存の材料よりも広い範囲で熱的・電気的・化学的安定性を兼ね備えた材料であった。この物質を用いてデバイス応用の研究も行っており、水素濃淡電池の作成にも成功している。高いヒドリドイオン導電率を発現する要因を解明するために、高温放射光・中性子回折測定を実施してた。得られた回折データを用いて精密化した結晶構造からこの要因の一つは相転移によるものであるとわかった。
また新規ヒドリド化合物の開発も検討しており、アルカリ土類金属などを含む酸ヒドリド化合物も発見しつつある。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
既知物質であるBa1.75LiH2.7O0.9の異種元素置換により中温域で目標の数値を超える極めて高い導電率と高い熱的・電気的・化学的安定性を発現する物質を発見した。本物質の開発はデバイス応用を目的としていたため、実際に発見した物質をデバイスに組み込み水素濃淡電池の作製にも成功している。このため当初の想定以上に研究は進んでいるが、一方でデバイス実験を行ったことにより、申請時の目標数値よりも高い導電率をより低い温度で実現しつつ安定性もより高いヒドリドイオン導電体がデバイス応用する上では必要であることが分かった。
Ba1.75LiH2.7O0.9の異種元素置換により発見した物質に関しては、高温放射光・中性子回折測定や示差走査型熱量測定から高いヒドリドイオン導電率を発現する要因は相転移によるものだと解明できた。したがってBa1.75LiH2.7O0.9系材料においては、より低温で相転移するような物質を開発するべきであるという指針も確立できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
デバイス開発を行ったことで、高い導電率をより低い温度で実現しつつ安定性もより高いヒドリドイオン導電体が必要であることが分かった。そのため今後の研究としてはデバイス応用を見据えた材料の開発を行う。本年度の研究で、発見したヒドリドイオン導電体をデバイスに組み込む手法は確立できたため、導電率や安定性の評価に加えてデバイス応用した際の振る舞いについても研究を行う。
新しいヒドリドイオン導電体の開発としては、Ba1.75LiH2.7O0.9の異種元素置換と新規ヒドリド導電体の探索を並行して行う。Ba1.75LiH2.7O0.9の異種元素置換については本年度の回折実験から得られた知見をもとに、元素置換を行う予定である。一方で既知物質の元素置換では目標に届かない可能性があるため、新規ヒドリドイオン導電体の開発も必要不可欠である。新規ヒドリドイオン導電体についてはすでに発見しつつある物質がヒドリドイオン導電性を有するのか評価する。ヒドリドイオン導電体だった場合はその物質を用いてデバイス応用などの実験を行い、ヒドリド導電体でない場合は再度探索を行う予定である。
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