2014 Fiscal Year Annual Research Report
マルチプローブとシミュレーションによる固体アルカリ形電解質のアニオン伝導機構解明
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25871142
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| Research Institution | The Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
加藤 健一 独立行政法人理化学研究所, 放射光科学総合研究センター, 専任研究員 (90344390)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 超イオン伝導 / 層状酸化物 / プロトン / 還元・水和反応 / 放射光X線回折 / ラマン分光 / 濃淡電池 / 分子動力学シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでに、室温で超イオン伝導性を示すことが見出されたナトリウムコバルト層状酸化物について、化学反応下で放射光X線回折やラマン分光の測定を行い、超イオン伝導相の構造を明らかにすることに成功した。最終年度は、伝導キャリアの特定と伝導経路の可視化を目的とし、電気化学測定と分子動力学シミュレーションを行った。まず、濃淡電池の測定からキャリアは水酸化物イオンではなくプロトンであることが示唆された。次に行った、実験で得られた構造パラメータを使った分子動力学シミュレーションでは、プロトンが水分子を伴ってオキソニウムイオンとして拡散するという結果が得られた。一方、ナトリウムの拡散はほとんど見られなかった。このシミュレーションの結果を詳細に検討すると、オキソニウムイオンが特定のナトリウムサイトをハニカム状に拡散していることがわかった。この拡散の方向は、実験で得られたナトリウムサイトのディスオーダーの方向とも一致している。以上のように、マルチプローブとシミュレーションを駆使することにより、電子伝導体であったナトリウムコバルト層状酸化物が還元・水和処理で超イオン伝導体に相転移する機構を解明することができた。この成果は、簡単な化学的処理で層状化合物の電気特性を制御することが可能であることを示しただけでなく、電子物性やイオン物性を制御するための構造デザインに対する指針を与えるものであるということができる。
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