2022 Fiscal Year Annual Research Report
Study on H- conductors ~Development of material design guidelines for low -temperature operation~
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20H02828
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
小林 玄器 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 主任研究員 (30609847)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
桑原 彰秀 一般財団法人ファインセラミックスセンター, その他部局等, 主席研究員 (30378799)
野田 泰斗 京都大学, 理学研究科, 助教 (00631384)
竹入 史隆 分子科学研究所, 物質分子科学研究領域, 助教 (20824080)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ヒドリドイオン導電体 / 酸水素化物 / 混合導電体 / 水素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
K2NiF4型構造のBa-Li酸水素化物(以下、BLHO)の合成法を確立し、合成時の圧力によって組成と結晶構造が変化すること確認した。高圧合成では化学量論組成に近いBa2LiHO3（高圧相）が得られ、常圧下では多量のショットキー欠陥を含むBa1.75LiH2.7O0.9が得られた。常圧相では、Ba/Ba欠損、八面体面内のH/H欠損、八面体頂点のH/Oがそれぞれ規則化した超格子構造をとることを中性子回折とX線回折による結晶構造解析から明らかにした。さらに、このBLHOの常圧相の長距離秩序が300 ~ 320 ℃で逐次的に解消される構造相転移を確認し、これを経てイオン導電率が10-5 から10-2 S/cmに急激に上昇することを明らかにした。相転移後の導電率はほぼ温度依存性を示さなくなり、BLHOがヒドリド超イオン導電体であることが示唆された（以下、相転移後の構造を高導電相と定義）。BLHOの輸率は種々の電気化学測定、濃淡電池による起電力測定、中性子準弾性散乱測定から多角的に検証し、ヒドリドのみがイオン導電に寄与していることを確認した。
BLHOのBaの一部をK、Liの一部をNaで置換した固溶体を合成し、相転移挙動と導電率の温度依存性の変化を調べた結果、どちらの物質においてもNaまたはKの固溶量の増加に伴う相転移温度の低下を確認し、高導電相の温度範囲を350 ~ 250℃まで拡張することに成功した。BLHOの高導電相の低温安定化はヒドリドイオン導電体の固体電解質利用に向けた主要な物質設計士指針となる。
他、ヒドリド・電子混合導電体のメカノケミカル合成、バルクの積層デバイスを用いた水素可逆反応に基づく電荷移動抵抗の検出、蛍石型ヒドリドイオン導電体の室温固体電解質作動のための支配因子の特定など、ヒドリドイオン導電体およびヒドリドイオン導電性電気化学デバイス開発を進展させる成果を得た。
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| Research Progress Status |
令和4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 |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] Trihalide Mixing by Size-Flexible H- Ions in Layered Ba2H3 (Cl, Br, I)2022
Author(s)
H. Ubukata, F. Takeiri, C. Tassel, S. Kobayashi, S. Kawaguchi, T. Saito, T. Kamiyama, S. Kobayashi, G. Kobayashi, and H. Kageyama*
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Journal Title
Chemistry of Materials
Volume: 34
Pages: 5654-62
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] H-のサイズ柔軟性により実現したBa2H3(Cl,Br,I)におけるCl-Br-I固溶およびH-イオン伝導性2022
Author(s)
生方宏樹 , 竹入史隆 , TASSEL Cedric, 小林慎太郎, 河口省吾, 齊藤高志, 神山崇, 小林俊介, 小林玄器, 陰山洋
Organizer
第48回固体イオニクス討論会
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