2016 Fiscal Year Annual Research Report
Development of hydride ion conduction mechanism and novel energy devices
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15K13803
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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, 物質理工学院, 教授 (90135426)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
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)
小林 玄器 分子科学研究所, 協奏分子システム研究センター, 特任准教授 (30609847)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | ヒドリドイオン / イオン導電体 / 結晶構造 / 導電メカニズム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
「ヒドリド導電メカニズムの開拓とデバイス開発」を目的として、ヒドリドイオン(H-)が固体内を拡散する物質を基に、新規材料探索、導電機構の解析を行った。さらに、デバイス化に向けた電解質合成のため、合成プロセス開発に着手した。ヒドリド導電体の(1)ヒドリド導電メカニズムの多様性、(2)導電メカニズムに基づく高イオン導電材料の探索、(3)ヒドリド導電体を用いたエネルギーデバイスの開発、の三項目を実施し、以下の成果を得た。酸水素化物系におけるヒドリドイオン導電体の基本構造であるK2NiF4型のヒドリドイオン導電は、主にペロブスカイト層内で進行することが明らかになった。また、岩塩層をヒドリドが占有する新物質を合成し、結晶構造とイオン導電特性の相関を調べた。その結果、岩塩層内におけるヒドリドよりペロブスカイト層内のヒドリドが相対的に高速拡散することを明らかにした。この結果をもとに、構造内により多くのペロブスカイトユニットを含むRuddlesden-popper(An+1BnX3n+1)型構造で材料探索を行った。組成La2SrLi2H4O3においてはA3B2X7(n=2)型は得られず、合成条件や組成の最適化が必要であることが明らかになった。一方、デバイス化を進めるためには、合成プロセスの簡略化が必須であるため、常圧合成を検討した。その結果、K2NiF4型LaSrLiH2O2は、水素雰囲気で密封したコンテナでの焼成で合成が可能であることを明らかにした。高圧合成と比較して一度により多くの試料が得られるため、デバイス検証に適したプロセスが確立できた。La2LiHO3を固体電解質、Ti/TiH2を電極とした全固体型デバイスを作製し、H－伝導を利用した電池反応が進行することを初めて明らかにした。
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