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2017 年度 実績報告書

高密度水素化物の材料科学-水素の結合自由度を利用したハイドライド・ギャップの克服

研究課題

研究課題/領域番号 25220911
研究機関東北大学

研究代表者

折茂 慎一  東北大学, 材料科学高等研究所, 教授 (40284129)

研究分担者 齋藤 寛之  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所 放射光科学研究センター, 上席研究員(定常) (20373243)
研究期間 (年度) 2013-05-31 – 2018-03-31
キーワード水素 / 構造・機能材料 / 結合自由度 / エネルギー / 水素化物 / イオン伝導 / 固体電解質 / 全固体二次電池
研究実績の概要

CrからCuに至る3d遷移金属や4d・5d遷移金属などへ研究対象を展開し、さらに水素化物中でのイオン充填率などを新たな指標とした原子構造に関する情報統合とデータベース化に成功したこれまでのハイドライド・ギャップの克服に関する基盤研究を完遂するために、本年度は残されたいくつかの未解決課題に取り組んだ。そのひとつが、SrAlH5に代表されるAlを含む高密度水素化物での水素位置も含めた[AlH5]錯イオンの詳細な原子配列の解明である。粉末X線・中性子回折測定をはじめとする実験的解析、ならびに拡張した計算機リソースを利用した理論計算の相補利用により、頂点水素共有の八面体[AlH6]錯イオンがAlを含む高密度水素化物の原子構造形成にとって決定的に重要であることを見出した。その他、特異的に形成される配位錯イオンにおける立体化学の解明なども進めた。
さらに前年度までに見出している[B12H12]や[B10H10]などの複数の安定なクラスター型錯イオンが「共存」する高密度水素化物での高速リチウム・ナトリウムイオン伝導機能のいっそうの向上を図るために、関連水素化物の合成方法の研究も進めた。その結果、例えばLiBH4とB10H14を出発原料とする熱処理法での合成技術の場合には、これらの出発原料のモル比を変化させることで微細構造などが制御でき、その結果イオン伝導率が向上することも見出した。また、合成したクラスター型錯イオンを含む新たな高密度水素化物を固体電解質として用いた次世代蓄電デバイスの安定動作の実証実験も進めた。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (34件)

すべて 2018 2017 2014 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (14件) (うち国際共著 7件、 査読あり 12件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 2件、 招待講演 9件) 図書 (1件) 備考 (3件) 産業財産権 (2件)

  • [国際共同研究] Institute for Energy Technology(ノルウェー)

    • 国名
      ノルウェー
    • 外国機関名
      Institute for Energy Technology
  • [国際共同研究] Nat. Inst. Standards and Technology/University of Maryland/Sandia National Laboratory(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Nat. Inst. Standards and Technology/University of Maryland/Sandia National Laboratory
    • 他の機関数
      1
  • [国際共同研究] EPFL/EMPA Materials Science and Technology(スイス)

    • 国名
      スイス
    • 外国機関名
      EPFL/EMPA Materials Science and Technology
  • [国際共同研究] Russian Academy of Science(ロシア連邦)

    • 国名
      ロシア連邦
    • 外国機関名
      Russian Academy of Science
  • [雑誌論文] Evidence of intermediate hydrogen states in the formation of a complex hydride2018

    • 著者名/発表者名
      T. Sato, A.J. Ramirez-Cuesta, L.L. Daemen, Y. Cheng, S. Orimo
    • 雑誌名

      Inorganic Chemistry

      巻: 57 ページ: 867-872

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.7b02834

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Fast lithium-ion conduction in atom-deficient closo-type complex hydride solid electrolytes2018

    • 著者名/発表者名
      S. Kim, N. Toyama, H. Oguchi, T. Sato, S. Takagi, T. Ikeshoji, S. Orimo
    • 雑誌名

      Chemistry of Materials

      巻: 30 ページ: 386-391

    • DOI

      10.1021/acs.chemmater.7b03986

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Crystal structural determination of SrAlD5 with corner-sharing AlD6 octahedron chains by X-ray and neutron diffraction2018

    • 著者名/発表者名
      T. Sato, S. Takagi, M. H. Sorby, S. Deledda, B.C. Hauback, S. Orimo
    • 雑誌名

      Crystals

      巻: 8 ページ: 89-1-9

    • DOI

      10.3390/cryst8020089

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] In-situ powder neutron diffraction study on the formation process of LaMg2NiH72017

    • 著者名/発表者名
      T. Sato, K. Ikeda, M. Matsuo, K. Miwa, T. Otomo, S.Deledda, B.C. Hauback, G. Li, S.Takagi, S. Orimo
    • 雑誌名

      International Journal of Hydrogen Energy

      巻: 42 ページ: 22449-22453

    • DOI

      10.1016/j.ijhydene.2017.02.196

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Imaging the hydrogenation of Mg thin films2017

    • 著者名/発表者名
      E. Hadjixenophontos, M. Roussel, T. Sato, A. Weigel, P. Stender, S. Orimo, G. Schmitz
    • 雑誌名

      International Journal of Hydrogen Energy

      巻: 42 ページ: 22411-22416

    • DOI

      10.1016/j.ijhydene.2017.04.010

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Synthesis of novel hydride Li3AlFeH8 at high temperature and pressure2017

    • 著者名/発表者名
      H. Saitoh, S. Takagi, T. Sato, Y. Iijima, S. Orimo
    • 雑誌名

      International Journal of Hydrogen Energy

      巻: 42 ページ: 22489-22495

    • DOI

      10.1016/j.ijhydene.2017.04.274

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Li5(BH4)3NH, lithium rich mixed anion complex hydride2017

    • 著者名/発表者名
      A. Wolczyk, B. Paik, T. Sato, C. Nervi, M. Brighi, S.P. GharibDoust, M. Chierotti, M. Matsuo, G. Li, R. Gobetto, T.R. Jensen, R. Cerny, S. Orimo, M. Baricco
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 121 ページ: 11069-11075

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.7b00821

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Development of complex hydride-based all-solid-state lithium ion battery applying low melting point electrolyte2017

    • 著者名/発表者名
      S. Suzuki, J. Kawaji, K. Yoshida, A. Unemoto, S. Orimo
    • 雑誌名

      Journal of Power Sources

      巻: 359 ページ: 97-103

    • DOI

      10.1016/j.jpowsour.2017.05.019

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of 4V-class bulk-type all-solid-state lithium rechargeable batteries by a combined use of complex hydride and sulfide electrolytes for room temperature operation2017

    • 著者名/発表者名
      A. Unemoto, G. Nogami, M. Tazawa, M. Taniguchi, S. Orimo
    • 雑誌名

      Materials Transactions

      巻: 58 ページ: 1063-1068

    • DOI

      10.2320/matertrans.M2017022

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 水素化物を用いた新規固体電解質と全固体二次電池の開発2017

    • 著者名/発表者名
      吉田浩二, 宇根本篤, 大口裕之, 折茂慎一
    • 雑誌名

      まてりあ

      巻: 56 ページ: 448-452

    • DOI

      10.2320/materia.56.448

  • [雑誌論文] Fabrication of atomically abrupt interfaces of single-phase TiH2 and Al2O32017

    • 著者名/発表者名
      R. Shimizu, Y. Sasahara, H. Oguchi, K. Yamamoto, I. Sugiyama, S. Shiraki, S. Orimo, T. Hitosugi
    • 雑誌名

      APL Materials

      巻: 5 ページ: 86102-1-6

    • DOI

      10.1063/1.4996984

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] NMR studies of lithium diffusion in Li3(NH2)2I over wide range of Li+ jump rates2017

    • 著者名/発表者名
      A.V. Skripov, K. Volgmann, C.V. Chandran, R.V. Skoryunov, O.A. Babanova, A.V. Soloninin, S. Orimo, P. Heitjans
    • 雑誌名

      Zeitschrift fur physikalische Chemie = International journal of research in physical chemistry & chemical physics

      巻: 237 ページ: 1455-1465

    • DOI

      10.1515/zpch-2016-0925

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Preface to the special issue on “The 15th International Symposium on Metal-Hydrogen Systems (MH2016), 7-12 August 2016, Interlaken,2017

    • 著者名/発表者名
      S. Orimo
    • 雑誌名

      International Journal of Hydrogen Energy

      巻: 42 ページ: 22303-22304

    • DOI

      10.1016/j.ijhydene.2017.07.131

  • [雑誌論文] Thermodynamic properties and reversible hydrogenation of LiBH4-Mg2FeH6 composite materials2017

    • 著者名/発表者名
      G. Li, M. Matsuo, S. Takagi, A.-L. Chaudhary, T. Sato, M. Dornheim, S. Orimo
    • 雑誌名

      Inorganics

      巻: 5 ページ: 81-1-12

    • DOI

      10.3390/inorganics5040081

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 新たな固体電解質群としての “錯体水素化物” -高速陽イオン伝導の学理探求と次世代電池デバイスへの実装-2018

    • 著者名/発表者名
      大口裕之, 金相侖, 宇根本篤, 折茂慎一
    • 学会等名
      第3回 元素戦略プロジェクト<研究拠点形成型>/大型研究施設連携シンポジウム
  • [学会発表] Complex hydrides for energy device research2018

    • 著者名/発表者名
      折茂慎一
    • 学会等名
      LATSIS SYMPOSIUM 12th INT. SYMPOSIUM HYDROGEN & ENERGY
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Complex hydrides for energy device research2018

    • 著者名/発表者名
      折茂慎一
    • 学会等名
      Kick-off Symposium for World Leading Research Centers
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 高密度水素化物の材料科学 -高速陽イオン伝導現象の発見と電池応用-2017

    • 著者名/発表者名
      折茂慎一
    • 学会等名
      東京大学・応化談話会 スプリングサロン
    • 招待講演
  • [学会発表] 錯体水素化物での高速イオン伝導現象 -その機構解明と電池応用2017

    • 著者名/発表者名
      折茂慎一
    • 学会等名
      電気化学会固体化学の新しい指針を探る研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] 高密度水素化物の材料科学 -高速陽イオン伝導現象とそのデバイス応用-2017

    • 著者名/発表者名
      折茂慎一
    • 学会等名
      第2回固体化学フォーラム
    • 招待講演
  • [学会発表] 高密度水素化物の材料科学 -エネルギー材料としての新機能と今後の学術的課題-2017

    • 著者名/発表者名
      折茂慎一
    • 学会等名
      POLANOサイエンスカフェ
    • 招待講演
  • [学会発表] 高密度水素化物の材料科学 -新たなエネルギー材料としての可能性-2017

    • 著者名/発表者名
      折茂慎一
    • 学会等名
      平成29年度J-PARC MLF産業利用報告会
    • 招待講演
  • [学会発表] 高密度水素化物の材料科学2017

    • 著者名/発表者名
      折茂慎一
    • 学会等名
      日本金属学会2017年秋季(第161回)大会
    • 招待講演
  • [学会発表] 高密度水素化物の材料科学 -高速陽イオン伝導とそのデバイス応用-2017

    • 著者名/発表者名
      折茂慎一
    • 学会等名
      東日本キャタリシスセミナー
    • 招待講演
  • [図書] 水素機能材料の解析 -水素の社会利用に向けて-2017

    • 著者名/発表者名
      折茂慎一, 犬飼潤治
    • 総ページ数
      168
    • 出版者
      共立出版
    • ISBN
      978-4-320-04453-1
  • [備考] 東北大学 金属材料研究所 折茂研究室

    • URL

      http://www.hydrogen.imr.tohoku.ac.jp

  • [備考] 東北大学 金属材料研究所

    • URL

      http://www.imr.tohoku.ac.jp

  • [備考] 東北大学 材料科学高等研究所

    • URL

      https://www.wpi-aimr.tohoku.ac.jp/jp/index.html

  • [産業財産権] 全固体リチウムイオン二次電池およびその製造方法2017

    • 発明者名
      折茂慎一 他2名
    • 権利者名
      株式会社日立製作所, 国立大学法人東北大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2017-160754
  • [産業財産権] 全固体電池2014

    • 発明者名
      折茂慎一 他4名
    • 権利者名
      三菱瓦斯化学株式会社, 東北テクノアーチ
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      6246816

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公開日: 2018-12-17   更新日: 2022-05-13  

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