| 研究課題/領域番号 |
15H05497
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| 研究機関 | 分子科学研究所 |
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研究代表者 |
小林 玄器 分子科学研究所, 協奏分子システム研究センター, 特任准教授 (30609847)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | ヒドリドイオン導電体 / 固体化学 / 固体イオニクス / 電気化学デバイス |
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| 研究実績の概要 |
1. 新物質探索
これまでに見いだしたLa-Sr-Li系のヒドリドイオン導電性酸水素化物を基に新物質探索を進め、新たにNa-Ba-Sc系とNa-Ba-Li系、Na-Zr系の酸水素化物を合成した。これらの新物質はLa-Sr-Li系よりも優れたH-導電特性を示すだけでなく、La-Sr-Li系と異なるアニオン配列をとることから、固体化学の基礎研究としても非常に興味深い。
2. H-導電現象の本誌的な理解
2015年度に、Sr-Li系またはBa-Li系の酸水素化物において、格子内で規則配列したH-とアニオン空孔が温度上昇に伴って不規則配列し、この現象がH-導電性の向上に寄与していることを見いだした。2016年度は、中性子準弾性散乱測定によってH-と空孔の不規則配列化に従ってH-のダイナミクスが急激に活発になる現象を捉えることに成功した。これによって、2015年に観測した、導電率の急激な上昇が他のイオンや電子伝導の寄与から生じたものではなく、H-のダイナミクスによって生じていることが明らかになった。
3. H-インターカレーション反応の検討
常圧下でSr-Li系、Ba-Li系の酸水素化物を合成し、電池反応に応用できる程度の大きさの焼結体を作製することに成功した。これらの焼結体を固体電解質に用い、水素濃淡電池による起電力測定をおこなった。観測された起電力は水素分圧の変化に応じてネルンストの式に従った変化を示した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
1. 2016年3月にScience誌に報告したLa-Sr-Li系のヒドリドイオン導電性酸水素化物を基に新物質探索を進め、新たにNa-Ba-Sc系、Na-Ba-Li系、Na-Zr系の酸水素化物を合成した。また、簡便な常圧下の固相反応で酸水素化物を合成出来たこと、これまで検討してきたK2NiF4型構造だけでなく、層状岩塩型構造やアパタイト型構造などの結晶系にH-を導入するノウハウを確立できたことから、今後の物質探索のさらなる進展が期待できる。
2. 固体NMR、中性子準弾性散乱、ミュオンuSRからH-のダイナミクスを捉えることが成功したことによって、今後は共同研究などを通じてH-導電現象を理解するための研究を展開することができる。
3. 電池反応を検討できる大きさの酸水素化物の焼結体を常圧下で作製することができたことから、H-インターカレーション反応に本格的に取り組むための実験的準備が整った。
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| 今後の研究の推進方策 |
1. 物質探索
優れた導電性を示すBa-Li系酸水素化物を対象に元素置換をおこない、導電率の向上と高導電相に転移する温度の低温下を試みる。2016年度に新たに合成したNa-Ba-Sc系については、中性子回折によってH/O/空孔の配列を明らかにし、今後の物質設計の指針を得る。
2. H-導電機構の解明
中性子準弾性散乱、固体NMR、ミュオンuSRを用いて酸水素化物のH-導電現象を多角的に調べ、導電機構を明らかにする。
2. H-インターカレーション反応
H-導電性酸水素化物の焼結体を電解質に用い、酸化物やカーボン系材料へのH-インターカレーション反応を検討する。
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