Proton dynamics of proton-conducting solid electrolytes revealed with ultrafast spectroscopy

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01015
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 13020:Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: Nagai Masaya 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 准教授 (30343239)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 奥山 勇治 宮崎大学, 工学部, 教授 (80613281)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: プロトン伝導形固体電解質 / ポーラロン / 欠陥

Outline of Final Research Achievements

We focused on photoluminescence and infrared spectroscopy, which are widely known to be sensitive to local structures in materials science. We applied it to barium zirconate, a proton-conducting solid electrolyte, and clarify the local structure in the vicinity of the dopant and protons. The validity of this approach was verified using an oxygen-conducting solid electrolyte. Furthermore, we performed infrared ultrafast spectroscopy to access the dynamic dynamics.

Free Research Field

光物性

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

燃料電池中の固体電解質の研究はこれまでは物質の平均的構造やイオン拡散の平衡状態が議論されていた。本研究では物質科学で局所構造に対して敏感であることが知られている発光や赤外分光に注目し、これまでアクセスできなかったキャリアイオン近傍の局所構造を評価することを明らかにした。これは固体電解質の材料開発の新たな指標となることが記載される。