| 研究課題/領域番号 |
21J11152
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分26020:無機材料および物性関連
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
井藤 浩明 北海道大学, 大学院総合化学院, 特別研究員(DC2)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-28 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
2022年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
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| キーワード | 熱力学的準安定性 / インターミディエイト準安定性 / レムナント準安定性 / 固相反応 / その場X線回折測定 / 固体電解質 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は、微細粒子を用いた低温固相反応により、高温加熱で合成されていない新規固体電解質の創出を目指す。500℃程度の比較的低温では固相中の物質拡散速度が低いため低価数の塩および層状化合物の微細粒子を用いて反応速度を高める。さらに、In-situ 放射光時分割XRDによって反応経過を詳細に調査し、合成した新規固体電解質の結晶構造とイオン伝導度を明らかにする。
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| 研究実績の概要 |
本年度は、熱力学的準安定性について既存のレムナント準安定性に加え、新たにインターミディエイト準安定性を定義し、熱力学的原理に基づいて Li+導電性塩化物Li3YCl6およびLi3HoCl6の多形の安定性を分類した。
これまで材料の準安定性は、動力学と熱力学を用いて議論されてきたが完全に整理されているわけではない。
本研究では固相反応における熱力学的パラメータとして温度に着目することで、準安定性の種類を区別した。インターミディエイト準安定相は、最安定相よりも不安定であり、温度によらず高い自由エネルギーを持つ。そのため、高温まで加熱し得られた試料はアニールにより相転移しない。 一方、レムナント準安定相は、室温付近では準安定であるがある温度以上では安定相となるため安定な温度では高温相とも表現される。また、高温で安定な状態からの急冷により合成されるレムナント準安定相はアニールすることで低温安定相に相転移する。これらの特徴から急冷とアニールを行うことで実験的に安定性および準安定性を決定可能である。
本研究ではLi3YCl6およびLi3HoCl6をモデルとして用いた。放射光X線回折測定から、LiClとYCl3またはHoCl3を混合した出発物質を約 450 K に加熱すると、単位格子あたりの式単位が1の低温相が生成し、600 K以上では式単位が3の高温相に相転移した。また、急冷した試料を573 Kでアニールしたところ高温相から低温相への相転移が起こり、低温では高温相がレムナント準安定であることが明らかとなった。さらに、Y, HoのX線吸収や、7Li固体NMR、交流インピーダンス測定を行い、多形の局所構造の変化を観察した。
これらの結果についてChemRxivにプレプリント” Stability and Metastability of Li3YCl6 and Li3HoCl6”が公開されている。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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