3価イオンを伝導種とする高電荷密度型の高速イオン伝導体の開発

使用三价离子作为导电物质开发高电荷密度快离子导体

基本信息

批准号：
08229235
负责人：
今中信人
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1996
资助国家：
日本
起止时间：
1996 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-08229235/
关键词：
3価イオン固体電解質イオン伝導体

项目摘要

イオン伝導体中を可動するイオンは1価や2価のイオンであり、3価以上のイオンが伝導するイオン伝導体は未だに得られていない。これは固体中の3価イオンが骨格をなすアニオンとの静電的相互作用が強く、固体中を伝導することが極めて困難であると考えられていたことによる。3価イオンの伝導に関する研究も数例は報告されてはいるが、3価イオン伝導の可能性を示唆しているに過ぎず、イオン伝導度もかなり低い。そこで、3価イオンが伝導する、全く新しい固体電解質の実証を目指し、Sc_2(WO_4)_3型の構造をとるAl_2(WO_4)_3中でのAl^<3+>イオン伝導性について調べた。Al_2(WO_4)_3焼結体の伝導度は同型構造のSc_2(WO_4)_3よりわずかに高い値を示した。イオン輸率を700〜800℃については酸素濃淡電池により、400〜800℃については交流・直流導電率より算出した。その結果、400〜800℃においてはSc_2(WO_4)_3と同様、イオン輸率は0.95以上であり、イオン伝導が支配的であることがわかった。イオン伝導種を調べるために、電気分解を行い電解後の電極-試料界面の分析を行った。電解後アノード界面では析出物は見られずEPMAの結果からもAl/W比は電解前の試料と同じであった。一方、カソード界面では電解後、試料とPt電極の癒着が起こっており、Pt電極表面をSEM観察したところ粒状の析出物が見られた。EPMAにより粒状析出物の元素分析を行ったところ、この析出物はAlのみのピークでありWは全く存在していないことがわかった。このように、電気分解後カソード表面にAl元素が偏在していることから、Al_2(WO_4)_3中でのAl^<3+>イオンの伝導が示唆される。Al含有量の異なるAl-Pt合金を電極としてAl濃淡電池を構成し、起電力測定を行ない、Al^<3+>イオン伝導を直接的、かつ、定量的に示した。

在离子导体中移动的离子是单价或二价离子，以及尚未获得3个或更多的Valent离子离子的离子导体。这是因为固体中的三价离子与形成骨架的阴离子具有强烈的静电相互作用，因此人们认为固体内的传导非常困难。尽管已经报道了关于三价离子传导的几项研究，但它们仅表明三价离子传导的可能性，离子电导率也很低。因此，我们研究了Al_2（WO_4）_3中的Al^<3+>离子电导率，该_3具有SC_2（WO_4）_3类型结构。 Al_2（WO_4）_3烧结的身体的电导率略高于同构结构的SC_2（WO_4）_3。使用氧气浓度电池在700-800°C的情况下，从AC和DC电导率进行400-800°C计算离子传输速率。结果，发现在400-800°C下，离子传输速率为0.95或更高，如SC_2（WO_4）_3，而离子传导占主导地位。为了研究离子传导物种，进行电解并在电解后分析电极样品界面。电解后在阳极界面上未观察到沉淀物，EPMA的结果表明Al/W比与电解前的比率相同。另一方面，电解后，样品和PT电极之间的粘附发生在阴极界面处，当通过SEM观察观察到PT电极的表面时，观察到颗粒状沉淀物。使用EPMA对颗粒沉淀物进行了元素分析，发现该沉淀物仅是Al的峰值，根本没有W。因此，电解后阴极表面上Al元素的不均匀分布表明在Al_2（WO_4）_3中传导Al^<3+>离子。将具有不同Al含量的AL-PT合金用作形成Al密度电池的电极，进行电动力测量，并直接和定量地证明Al^<3+>离子传导。