New Ionic Conductors Designed by a Variety of Coordination Polyhedra

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K20293
• Project/Area Number (Other): 17H06222 (2017-2019)
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2020); Single-year Grants (2017-2019)
• Research Field: Materials engineering and related fields
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: Yashima Masatomo 東京工業大学, 理学院, 教授 (00239740)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2021-03-31
• Keywords: イオン伝導体 / 結晶構造解析 / 中性子回折 / 結合原子価法 / 新物質探索

Outline of Final Research Achievements

In this project, we have explored new ionic conductors with the crystal structure containing unusual coordination polyhedra. We discovered numerous new ionic conductors such as Ba1+xNd1－xInO4－x/2, BaHo2ZnO5, Ca3Ga4O9, BaGdInO4-based materials, Ba7Nb3.9Mo1.1O20.05. Ba7Nb3.9Mo1.1O20.05 shows a wide stability range and predominantly oxide-ion conduction in the oxygen partial pressures. The bulk conductivity of Ba7Nb3.9Mo1.1O20.05 is extremely high at 309 oC, which is higher than those of bismuth oxide-based materials and conventional YSZ. This high conductivity of Ba7Nb3.9Mo1.1O20.05 is attributable to the interstitial O5 oxygen, two-dimensional oxide-ion O1－O5 interstitialcy diffusion through the lattice tetrahedral O1 and interstitial O5 octahedral oxygen sites in the oxygen-deficient layer on the ab plane (z = 0) and the low activation energy for oxide-ion conductivity.

Free Research Field

無機材料物性

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

持続可能な開発目標SDGsの目標7「エネルギーをみんなに　そしてクリーンに」を達成するには、クリーンで効率が高く安価な燃料電池を開発する必要がある。本課題では燃料電池、センサー、電池および触媒の候補となる様々な新イオン伝導体を発見した。多くの新型イオン伝導体を発見したことは、化学、材料、エネルギー・環境分野における新しい可能性を切り開くものとして学術的に意義深い。特に発見したBa7Nb3.9Mo1.1O20.05の伝導度は高く、安定性と資源の観点で優れている。安価な燃料電池の開発につながる可能性がある。したがって持続可能な開発目標SDGsの目標7を達成するために意義深い成果である。