熱的・化学的安定性に優れる革新的高速ハロゲン化物イオン伝導性固体の創成

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22H01778
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 今中 信人 大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (30192503)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 布谷 直義 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (40715314)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2026-03-31
• Keywords: 固体電解質 / ハロゲン化物イオン / 希土類酸ハロゲン化物

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、熱的・化学的安定性に極めて優れる革新的高速ハロゲン化物イオン伝導性固体の創成を目指している。新規なヨウ化物イオン伝導体の母体として、単純ヨウ化物と比較して熱的および化学的に安定であり、かつ構造中にイオン伝導に適した層状構造を有する希土類オキシヨウ化物（ROI（R:希土類））を選択した。特に、希土類イオンの中でもイオン半径が最も大きいLa3+イオンを用いたオキシヨウ化ランタン（LaOI）は、希土類オキシヨウ化物の中で最も大きな格子体積を有することから、ヨウ化物イオン伝導体の母体として適していると考えられる。このLaOIに対し、低価数でありかつイオン半径が大きいSr2+イオンに加え、La3+よりイオン半径が小さい希土類イオンを同時に固溶させることにより、格子体積を制御しつつ、ヨウ化物イオン伝導経路となりうるヨウ化物イオン欠陥を形成させた材料の合成を行った。その結果、LaOIにSr2+とY3+を同時に固溶させたLa0.85Sr0.10Y0.05OI0.85において最も高い導電率が得られた。この導電率は、母体であるLaOIと比較して400℃において76倍高い値であり、さらにこれまでに報告していたヨウ化物イオン伝導体（La0.70Sr0.15Zn0.05OI0.70）と比較しても高い値（400℃において1.1倍高い）であった。さらに、La0.85Sr0.10Y0.05OI0.85について、分極法および改良型Tubandt電気分解法により伝導種を調べたところ、ヨウ化物イオン伝導が支配的であることを明らかにした。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

単純ヨウ化物と比較して熱的・化学的安定性に優れるオキシヨウ化ランタンを母体として選択し、その格子体積を制御しつつ、ヨウ化物イオン欠陥を導入することにより、高い導電率が得られることを明らかにした。本手法は、他のハロゲン化物イオン伝導体にも適用可能な汎用性の高い手法であることから、次年度の研究に繋がる成果と考えている。

Strategy for Future Research Activity

2022年度は、オキシヨウ化ランタン系について、格子体積を制御しつつ、ヨウ化物イオン欠陥を形成させたところ、高い導電率が得られることを明らかにした。今後は、添加金属イオンとして、希土類イオン以外にも視野を広げ、新たな材料創製を行う。さらに、導電率の向上だけでなく、化学的安定性を向上させるための手法の探索を行う。