| Project/Area Number |
22K18909
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 26:Materials engineering and related fields
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
KOBAYASHI Genki 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 主任研究員 (30609847)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
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| Keywords | ヒドリドイオン導電体 / 電気化学 / 固体イオニクス / 水素 / ヒドリドイオン導電 / 電解 / 物質変換 / 電気化学デバイス |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では，水素化物イオン（ヒドリド：H-）の強力な還元力に着目している。研究代表者が世界に先駆けて開発したH-導電性固体電解質を活用し，H-を電気化学的に化学反応場に供給するデバイス反応の実現を目指す。さらに，作成したデバイスを用いてCO2還元反応を検討し，H-/H+間の水素の電荷自由度を活用した 物質変換デバイスの実現可能性を検証する。
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| Outline of Final Research Achievements |
Elemental substitution into Ba1.75LiH2.7O0.9 (BLHO), which shows H- superionic conductivity via a phase transition at 300 °C, stabilizes the superionic conduction state at low temperatures and enables the formation of an electrode/electrolyte interface. The sintering process of BLHO-based hydride ion conductors was also investigated, and the relative density was successfully increased to 98%, enabling solid electrolyte applications at 300 - 350 ℃.
Electrochemical devices using the BLHO-based solid electrolyte were fabricated and found to be able to convert nitrogen to ammonia by an electrochemical reaction at a rate exceeding the theoretical conversion efficiency at 350 ℃ and 1 atm.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
ヒドリドイオン導電体の導電率向上のみならず、焼結などの固体電解質応用につながる要素技術開発に取り組んでデバイス化を実現したことは、ヒドリドの還元力を活用した新たな電気化学応用の創出に直結する成果であり、ヒドリドのイオニクス研究を新たなステージに押し上げたといえる。また、デバイス化によって実現した高効率な窒素-アンモニア転換反応は、将来的な水素エネルギー利用の基盤になり得る成果であり、社会的な意義も大きい。
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