2020 年度研究成果報告書

中温作動型酸化物イオン伝導体の開発に向けた炭酸アパタイト系電解質の材料設計

研究課題

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研究課題/領域番号	18K04712
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
審査区分	小区分26020:無機材料および物性関連
研究機関	東京理科大学
研究代表者	田中優実東京理科大学, 工学部工業化学科, 准教授 (00436619)
研究期間 (年度)	2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード	炭酸アパタイト / 酸化物イオン伝導 / セラミックス / 固体電解質 / ドーピング / イオン伝導機構
研究成果の概要	骨や歯の無機主成分であるNa含有B型炭酸アパタイト（B-CA）は、特定の組成において良好なO2-伝導を示す。そこで本研究では、B-CA系セラミックスのO2-伝導機構を解明し、実用デバイスに必要とされる500～600℃で10-2 S/cmを実現するB-CA系電解質の設計に繋げることを目的とした。結果、B-CA系セラミックスのO2-伝導機構として、c軸上の酸化物イオン欠陥を介する一次元伝導および熱誘起的なNa+/O2- 間の欠陥会合の形成と解離に基づく、格子間O2-サイトを介した三次元伝導の可能性を示し、欠陥組成の最適化により、600℃で10-2 S/cmの導電率の実現に成功した。
自由記述の分野	無機材料および物性関連
研究成果の学術的意義や社会的意義	現在実用化され、あるいは研究が進められているO2-伝導体は、いずれも主成分として希少な重金属を多量に含んでいる。対して、骨の主成分であるB-CAは軽元素のみから構成される化合物であり、このような特異なイオン構成によるO2-伝導体に関する報告は本研究をおいて他にはなく、その実用化は、元素戦略上大きな社会的意義を持つ。加えて、イオン伝導体としての研究の歴史が浅く、まだまだ未解明な部分の多い「アパタイト化合物群」に属するB-CA系化合物のイオン伝導機構の解明は、固体アイオニクス分野に対する大きな学術的貢献につながる。