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ソフトな陰イオンをもつ逆ペロブスカイト化合物で高速イオン伝導を達成

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ソフトな陰イオンをもつ逆ペロブスカイト化合物では、局所的な回転モードが生じ、高い電導性を示す。(©高宮ミンディ/京都大学アイセムス)

 京都大学アイセムス 陰山洋 連携主任研究者(兼 工学研究科教授)、同工学研究科 Cedric Tassel 准教授、高勝寒 博士後期課程二回生、同人間環境学研究科 山本健太郎 特定助教、内本喜晴教授、ファインセラミックスセンター 藤井進 研究員、桑原彰秀 主任研究員、東北大学大学院工学研究科 及川格 助教、高村仁 教授、東京工業大学理学院 藤井孝太郎 助教、八島正知 教授らの研究グループは、ソフトな陰イオンで構成された一連の逆ペロブスカイト化合物を初めて合成することに成功し、アルカリイオン電池の固体電解質として優れた性質を示すことを明らかにしました。低いエネルギーをもつ特異な回転モードが同物質における高速イオン伝導を助けている可能性を理論的に示しました。

 安全な次世代型の全固体電池を実現するため熾烈な研究開発が世界中で進められていますが、そのためには優れたイオン伝導をもつ固体電解質が求められています。逆ペロブスカイト構造は、構成元素の6割をアルカリイオンが占めることから、次世代型蓄電池の固体電解質の候補として有望視されていますが、アルカリ金属イオンと陰イオン間の強いクーロン相互作用が、イオン伝導を弱める点が課題でした。本研究では、負電荷をもつ水素(ヒドリド)が高い分極率をもつことに着目し、カルコゲン(X = S、Se、Te)と組み合わせたソフトな陰イオン格子からなる新規な逆ペロブスカイト(Li3HXとNa3HX)の合成に成功し、同物質が高いイオン伝導度を示すことを見出しました。多くのペロブスカイト化合物にみられる構造歪みが本物質では皆無であることがわかりました。この結晶の高い対称性によって、低いエネルギーをもつ局所八面体の回転モードが生じ、アルカリ金属イオン伝導を促進する可能性を理論的に提案しました。今後、欠損制御を利用することで更なるイオン伝導度の向上が期待されます。

 本研究成果は、新学術領域研究「複合アニオン化合物の創製と新機能」、戦略的創造研究推進事業CREST「アニオン超空間を活かした無機化合物の創製と機能開拓」の一環として行われ、英国のオンライン科学誌「ネイチャーコミュニケーションズ(Nature Communications)」誌でロンドン時間1月8日に公開されました。

詳しい研究成果について

ソフトな陰イオンをもつ逆ペロブスカイト化合物で高速イオン伝導を達成

書誌情報

  • 論文タイトル:“Hydride-based antiperovskites with soft anionic sublattices as fast alkali ionic conductors”
    (参考訳:陰イオン格子をもつ水素化物アンチペロブスカイトによる高速アルカリイオン伝導)
  • 著者:Shenghan Gao, Thibault Broux, Susumu Fujii, Cédric Tassel, Kentaro Yamamoto, Yao Xiao, Itaru Oikawa, Hitoshi Takamura, Hiroki Ubukata, Yuki Watanabe, Kotaro Fujii, Masatomo Yashima, Akihide Kuwabara, Yoshiharu Uchimoto and Hiroshi Kageyama
  • Nature Communications|DOI: 10.1038/s41467-020-20370-2

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