2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of solid state ionics materials based on nano-structure information
| Project Area | Exploration of nanostructure-property relationships for materials innovation |
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| Project/Area Number |
25106009
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
菅野 了次 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (90135426)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田村 和久 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 物質科学研究センター, 研究副主幹 (10360405)
平山 雅章 東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (30531165)
鈴木 耕太 東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (40708492)
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| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| Keywords | 固体イオニクス / ナノ材料 / 結晶構造 / 高圧合成 / 電気化学界面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
エネルギーデバイスに利用可能な固体イオニクス材料の創出のため、K2NiF4型酸水素化物のヒドリドイオン導電率の向上、情報科学の手法を導入した物質探索指針の開拓を行った。
La2LiHO3およびSr2LiH3Oを基準物質として、Ln/SrサイトをBaで置換した、Ba2LiH3-1xO1+x系材料を探索した。Baのイオン半径は0.147 nmであり、La(0.122 nm), Sr(0.131 nm)と比べて大きく、格子サイズ拡大によるイオン導電率の向上が期待出来る。Ba置換系材料のイオン導電特性はLa系、Sr系より優れ、300℃で10 mS/cm以上の導電率を示した。また、300℃近傍で構造相転移を伴うイオン導電率のジャンプが観測された。これは、ペロブスカイト層内の空孔とヒドリドイオンが不規則配列化することに対応することが、中性子結晶構造解析より明らかになった。ボトルネックサイズの制御、アニオン副格子配列の制御により、ヒドリドイオン導電体のイオン導電率は大きく向上し、デバイス応用可能なイオン導電率(>10 mS/cm)を達成できた。
酸化物系リチウムイオン導電体の物質探索指針を開拓するため、無機化学材料データーベースの機械学習から提案される化学的に類似した組成材料を合成し、新物質開拓の可能性を検証した。Li2O-GeO2-ZnO系において予測組成数は12であり、多様な合成条件下で合成実験を行った。Li4ZnGe2O7の組成でX線回折図形中に既知物質に帰属出来ないピークが観測された。既知相と新規相の混相であったため、組成最適化と合成条件検討を繰り返したが、新規相の単相化を行うことは出来なかった。機械学習を用いた手法は新しい物質探索の方向性として有望であるが、予測組成からの差分補正、合成条件の多様化が課題として見出された。
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| Research Progress Status |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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