2015 Fiscal Year Annual Research Report
高密度水素化物の材料科学－水素の結合自由度を利用したハイドライド・ギャップの克服
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25220911
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
折茂 慎一 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 教授 (40284129)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
齋藤 寛之 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究副主幹 (20373243)
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| Project Period (FY) |
2013-05-31 – 2018-03-31
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| Keywords | 水素 / 構造・機能材料 / 結合自由度 / エネルギー / 水素化物 / イオン伝導 / 固体電解質 / 全固体二次電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成26年度に注力したCrからCuに至る3d遷移金属に加え、さらにFeと同族の4d遷移金属Ruや5d遷移金属Osなどにも研究対象を広げた。さらに25年度と26年度にそれぞれ確立した「電子ドナー添加技術」と「水素アニオン添加技術」を高度に融合することにより、陽イオンや水素を含む錯イオンを複数含み、さらに水素アニオンも添加した新概念の高密度水素化物の合成にも目処をつけた。例えば、陽イオンとしてNaとMg、錯イオンとして[RuH6]、さらに2つの水素アニオンを添加した、Na2Mg2RuH8などの合成である。このような新概念の材料設計指針で数多くの高密度水素化物が合成できることを実証した意義は大きく、物性や機能性の解明も含めて今後の研究進展が注目されている。
イオン伝導機能の向上や全固体エネルギーデバイスの構築の観点からも重要な成果があった。装置設計の観点では、高温でのインピーダンス測定を目指して水素化反応容器に二極セルを封入して電気炉温度制御できる独自装置を設計、200℃以上の高温での高速イオン伝導性の発現とその低温化のための研究が可能となった。その結果、熱力学的・化学的に安定なクラスター型[B12H12]錯イオンから構成される新たな超イオン伝導水素化物の研究が進展、例えば[B12H12]および[B10H10]錯イオンのホウ素原子のひとつを炭素原子で置換した[CB11H12] および[CB9H10]錯イオン（何れも1価の陰イオン）を含む高密度水素化物の場合、室温で10-2 S/cm以上もの高速イオン伝導性が発現することも世界に先駆けて実証した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
陽イオンや水素を含む錯イオンを複数含み、さらに水素アニオンも添加した新概念の高密度水素化物が合成できることを実証したこと、さらに他の無機材料の性能を凌駕する室温で10-2 S/cm以上の高速イオン伝導性を示す高密度水素化物の合成に成功したこと、などは世界的にも注目され、当該年度だけでも8件の国際会議招待講演を行った。後者に関しては、全固体リチウムまたはナトリウムイオン二次電池としての蓄電デバイス設計も視野に入れた研究まで展開しており、例えば150℃で使用可能（即ち冷却機構が不要）な高温型の新たなリチウムイオン二次電池としての材料開発などが期待されている。これらを総合的に勘案して、「当初の計画以上に進展している」と自己評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
水素配位数が9の新たな高密度水素化物の探索を通して[MH9]錯イオン（Mは3d～5d遷移金属）に特有の新規物性を解明する。また、金属水素化物から錯体水素化物への遷移現象の解明を通してより多くの高密度水素化物を合成するために、Niを主相とする水素化物に注目し、[NiH4]錯イオン（4価の陰イオン）の前駆体と位置付けられる[NiH1～3]錯イオンの探索やその形成過程および物性の解明などを進める。さらに、これまで得られた高密度水素化物の原子構造・電子構造の情報を統合して、さらに水素ダイアグラムの汎用性・拡張性など踏まえてデータベース化を進める。
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Research Products
(40 results)
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[Journal Article] Liquid-like ionic conduction in solid lithium and sodium monocarba-closo-decaborates near or at room temperature2016
Author(s)
W.S. Tang, M. Matsuo, H. Wu, V. Stavila, W. Zhou, A.A. Talin, A.V. Soloninin, R.V. Skoryunov, O.A. Babanova, A.V. Skripov, A. Unemoto, S. Orimo, T.J. Udovic
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Journal Title
Advanced Energy Materials
Volume: 6
Pages: 1502237-1-6
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Simultaneous desorption behavior of M borohydrides and Mg2FeH6 reactive hydride composites (M = Mg, then Li, Na, K, Ca)2015
Author(s)
A.-L. Chaudhary, G. Li, M. Matsuo, S. Orimo, S. Deledda, M. H. Sorby, B.C. Hauback, C. Pistidda, T. Klassen, M. Dornheim
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Journal Title
Applied Physics Letters
Volume: 107
Pages: 073905-1-4
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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