課題番号 ：S-20-MS-0028
利用形態 ：協力研究（ナノテクノロジープラットフォーム）
利用課題名（日本語） ：ヒドリドイオン導電性酸水素化物の安定性評価
Program Title (English) ：Evaluation of the stability of hydride ion conducting oxyhydride
利用者名（日本語） ：松井直喜1)
Username (English) ：N. Matsui1)
所属名（日本語） ：1) 東京工業大学　科学技術創成研究院
Affiliation (English) ：1) Institute of Innovation Research, Tokyo Institute of Technology

１．概要（Summary ）
安定な酸化物骨格中にヒドリドイオン経路を有するヒドリドイオン導電性酸水素化物は熱・化学的に安定と考えられるため、デバイス応用を見据えた材料開発が近年進められている。申請者はこれまでヒドリドイオン導電性固体電解質の開発を行っており、結晶構造解析、電気化学特性評価、第一原理計算を中心に構造と拡散機構の相関を調べてきた。しかし、ヒドリドイオン導電特性と密接に関係する陰イオン組成に関する測定、知見が不足している。特にK2NiF4型GdSrLiH2O2は、イオン導電率が200 ºC付近で低下する、アレニウス則に従わない温度依存性を示すことがこれまでの検討で見いだされている。本申請ではヒドリドイオン導電性固体電解質GdSrLiH2O2の熱・化学的安定性の評価を行い、組成と安定性の相関を明らかにすることを目的とした。
２．実験（Experimental）
所定比の出発物質 (Gd2O3, SrO, SrH2, LiH) を機械混合した後に、高圧合成法による合成を行った。高圧合成法では出発物質を岩塩カプセルに封入後、マルチキュービックアンビル型高圧装置により2 GPaの圧力下で650 ºCにて30分加熱した後、急冷と除圧を行い試料を得た。試料の熱重量分析を分子研小林グループが保有するアルゴン置換型グローブボックス内に設置された熱分析装置Thermoplus EVO2を用いて行った。Ar気流下のもと、室温から400 ºCの温度範囲でGdSrLiH2O2の熱安定性評価を行った。
３．結果と考察（Results and Discussion）
GdSrLiH2O2のAr雰囲気下のTG曲線を図1に示す。室温から400 ºCの温度範囲において、有意な重量増加は認められず、Arガス中に存在する微量酸素(ppmオーダー)との反応は進行しないことが示された。従って、GdSrLiH2O2において観測された200 ºC付近のイオン導電率の低下は、酸化などの組成変化に起因するものではないことが確かめられた。K2NiF4型GdSrLiH2O2はヒドリドイオンと酸化物イオンがペロブスカイト層の面内位置と頂点位置に規則配列した構造を有している。類似構造のLaSrLiH2O2において、ヒドリドイオン位置に酸化物イオンが部分占有することで、イオン導電率が低下することがこれまで報告されている1。GdSrLiH2O2についても同様に、組成は変化せずに、構造中の一部のヒドリドイオンと酸化物イオンが昇温中にミキシングすることで、イオン導電率が低下したと考えられる。

図1. GdSrLiH2O2のAr雰囲気下におけるTG曲線
1) A. Watanabe, G. kobayashi, et al., Electrochemistry, 85 (2017), 88.

４．その他・特記事項（Others）
共同研究者　小林玄器　准教授
技術支援者　今井弓子
５．論文・学会発表（Publication/Presentation）
(1) N. Matsui, Y. Hinuma, Y. Iwasaki, K. Suzuki, J. Guangzhong, H. Nawaz, Y. Imai, M. Yonemura, M. Hirayama, G. Kobayashi, R. Kanno, J. Mater. Chem. A, 8 (2020), 24685.
６．関連特許（Patent）
なし