多価イオンを伝導種とする新規な超イオン伝導体の開発

使用多价离子作为导电物质开发新型超离子导体

基本信息

批准号：
02J04495
负责人：
田村真治
金额：
$ 1.54万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

固体中の伝導イオン種としては、1,2価のイオンがよく知られており、3価以上のイオンは強い静電気的相互作用が働くため、固体中を伝導することは困難であるとされてきた。これまでに3価イオン伝導体としては擬似層状構造を持つタングステン酸塩(M_2(WO_4)_3(M:Al,Sc,Y,Er-Lu)が報告されているが、これらは6価のW^<6+>イオンが還元されやすいため、実用化することが困難であった。また、化学的安定性に優れるR_<1/3>Zr_2(PO_4)_3リン酸塩に関しても3価イオン伝導が報告されており、多価イオンも固体中を伝導できることが明らかになっている。しかしながら、R_<1/3>Zr_2(PO_4)_3リン酸塩の伝導性は低く、多価イオン伝導体の実用化を考えると、さらなる伝導性の向上ならびに新規な伝導イオン種の探索が必要である。そこで本研究では、還元されにくく、高いイオン伝導性を有する新規な多価イオン伝導体としてイオン伝導に適したナシコン型構造を有し、リン酸塩を母体とする新規な超イオン伝導体の開発を行った。これまで電子伝導が発現するために伝導イオン種としては不適当であると考えられてきたプラセオジムイオン(Pr^<3+>)を選択し、また、プラセオジムイオンが安定に3価の状態を持つことが知られているリン酸塩に着目し、3価のPr^<3+>イオン伝導体の開発を行った結果、NASICON型構造を有する(Pr_xZr_<1-x>)_<4/4-x>Nb(PO_4)_3-NbPO_5コンポジットの開発に成功した。このものの導電率はこれまでに得られている3価イオン伝導体と比較すると100倍程度高い値であり、伝導イオン種は、電気分解によりプラセオジムイオンであることが明らかとなった。また、磁化率測定を含む種々の測定により、プラセオジムイオンは3価の状態で存在し、電子伝導も認められなかったことから、(Pr_xZr_<1-x>)_<4/4-x>Nb(PO_4)_3-NbPO_5コンポジットは、極めてイオン伝導性が高く、かつ、電子伝導を全く示さない純粋な3価のPr^<3+>イオン伝導体であることが分かった。

作为固体中的导电离子物种，二价离子是众所周知的，三价或更高的离子被认为在固体中很难进行，因为它们表现出很强的静电相互作用。以前，据报道，钨盐（M_2（WO_4）_3（M：Al，SC，Y，ER-LU）具有伪层结构是三价离子导体，但由于hexavalent w^<6+>离子很容易减少。 R_ <1/3> ZR_2（PO_4）_3磷酸盐，具有良好的化学稳定性，并且已经揭示了多价离子也可以在固体中进行，但是，R_ <1/3> ZR_2（PO_4）_3磷酸盐的磷酸盐具有较低的电导率，并考虑到了多态度的实用性，并考虑了多个磷酸盐的应用程序。因此，在这项研究中，我们开发了一个适合于离子传导的Nasicon型结构的新超级离子导体，这很难降低并具有高离子电导率，并且基于磷酸盐，据说它是导电离子物种不适当的。我们选择了被考虑的prasemodymium离子（pr^<3+>），并集中在磷酸盐上，这些磷酸盐已知具有稳定的三价状态，并开发了一个三价pr^<3+离子导体，并且由于nasicon-type结构（pr_xzr_ _xzr_ _ <1-x>）________________4（pr_xzr_ _xzr_ <1x> ___4）nb（pr_xzr__xzr_ <1-x> nb）nb（nb）。该产品的电导率比到目前为止获得的三价离子导体高约100倍。通过电解揭示了高价值和导电离子物种。各种测量值（包括磁化率测量）表明，prase ody型离子存在于三价状态并且未观察到电子传导，并且（pr_xzr_ <1-x>）_ <4/4-x> nb（po_4）_3-nbpo_5复合pr^<3+pr^<3+ion and Iron and In Iron and Iron and Iron and Iron and Iron and Iron and Iron and Iron and Iron and Iron and Iron and Iron and Iron and Iron and Iron and Iron and Iron and In and Iron and Iron and In and Insovity and Ondstoction有极高的高高。