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2021 Fiscal Year Annual Research Report

多価陽イオン伝導性一軸配向多結晶体の材料設計と開発

Research Project

Project/Area Number 19K22051
Research InstitutionNagoya Institute of Technology

Principal Investigator

福田 功一郎  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90189944)

Project Period (FY) 2019-06-28 – 2022-03-31
Keywordsイオン伝導体 / 固体電解質 / 結晶構造 / 多価陽イオン
Outline of Annual Research Achievements

多価陽イオンが伝導する固体電解質は、高密度の電荷移動が可能であることから、高性能な電気化学デバイスへの応用が期待されている。そのため、多価陽イオンが二次元または三次元的に結晶中を伝導する固体電解質として、タングステン酸塩(A2(WO4)3;A = Sc, Yなど)やNASICON型複合リン酸塩(A1/3Zr2(PO4)3;A = La, Sc, Yなど)が報告されている。
結晶中に存在する多価陽イオンは、周囲に存在する陰イオンとの静電的な相互作用が強く、固体中を伝導することは一般に極めて困難である。今回、異方性の顕著な結晶構造中に存在する多価陽イオンは、ある特定の結晶学的な一次元方向であればその方向に比較的容易に伝導し得るのではないかと推察し、ICSDデータベースに登録された複合酸化物群から結合原子(Bond Valence)法を用いて、2価のCaイオンが<101>方向に一次元的に伝導可能な結晶構造型の候補としてグロサイト型化合物(CaAl4O7とCaGa4O7)を見出した。イオン伝導度を定量的に評価するためにランダム配向多結晶体を作製した。723から1073Kへの温度上昇に伴い、後者のバルク伝導度は1.26×10-7から4.40×10-5Scm-1に増加し、同じ温度で比較すると前者の約4倍となることがわかった。これらの伝導度は、Caイオンが3次元的に伝導するNASICON型化合物であるCaZr6(PO4)6の伝導度よりも優れていた。構成粒子が伝導方向に配向した多結晶体や単結晶を該当方位に切断することにより、さらなる伝導度の向上が期待される。

  • Research Products

    (6 results)

All 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (3 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] リモージュ大学(フランス)

    • Country Name
      FRANCE
    • Counterpart Institution
      リモージュ大学
  • [Journal Article] Discovery of Fast Calcium-Ion Conduction in Grossite-Type Compounds CaAl4O7 and CaGa4O7 by Bond Valence Screening Method2022

    • Author(s)
      Fukuda Koichiro、Harada Ryo、Banno Hiroki、Urushihara Daisuke、Asaka Toru
    • Journal Title

      ACS Applied Energy Materials

      Volume: 5 Pages: 3227~3234

    • DOI

      10.1021/acsaem.1c03834

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] TGG法によるケイ酸ランタンオキシアパタイトのc軸配向多結晶体の作製と酸化物イオン伝導性の評価2022

    • Author(s)
      岡田 志優、多湖 里紗、寺尾 伊織、嶺重 温、漆原 大典、浅香 透、福田 功一郎
    • Organizer
      日本セラミックス協会2022年年会
  • [Presentation] アルミノケイ酸ランタンオキシアパタイトの異常粒成長とTGG法を用いた配向多結晶体の作製2022

    • Author(s)
      岡田 志優、前川 史典、寺尾 伊織、嶺重 温、漆原 大典、浅香 透、福田 功一郎
    • Organizer
      日本セラミックス協会2022年年会
  • [Presentation] Oxide-ion conductivity of grain-aligned polycrystalline lanthanum silicate oxyapatite fabricated by TGG method2021

    • Author(s)
      多湖 里紗、漆原 大典、浅香 透、福田 功一郎
    • Organizer
      日本セラミックス協会東海支部学術研究発表会
  • [Remarks] 名古屋工業大学 結晶性萌芽材料研究室(福田・浅香研究室)ホームページ

    • URL

      http://crystals.web.nitech.ac.jp/

URL: 

Published: 2022-12-28  

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