京都大学の細胞材料科学研究所 (iCeMS) の研究者は、低温で結晶格子構造内を移動する水素原子を高速化する新しいアプローチを開発しました。
「固体中の水素輸送を改善すれば、より持続可能なエネルギー源につながる可能性があります」と、研究を率いた iCeMS の影山浩氏は述べています。
負に帯電した水素の「陰イオン」は、他の化学元素に結合した水素原子で構成される固体の「水素化物」物質の中を非常に速く移動できます。 このシステムはクリーン エネルギーの有望な候補ですが、高速輸送は 450°C を超える非常に高い温度でのみ発生します。 影山と彼のチームは、はるかに低い温度で水素アニオンが水素化物をさらに速く移動する方法を見つけました。
「これまで、低温で高いイオン伝導度を実現する鍵は、化学的無秩序を導入して材料の高温相を安定させることであると考えられていました」と影山氏は言います。 科学者は、酸化物と呼ばれる酸素含有化合物を構造に追加することでこれを行います。 代わりに、影山と彼の同僚は、水素化バリウム結晶に規則構造を導入し、200°C でも水素陰イオンの移動速度を大幅に向上させました。
「陰イオンを規則化することで低温で高いイオン伝導度を実現することは前例のないことであり、将来的にはさまざまなイオン伝導体に適用できる可能性があります」と影山氏は述べています。
影山と彼のチームは、別の陰イオンに結合した水素で構成される層を両側に導入することにより、典型的な水素化バリウムの構造を変えました。 これにより、臭化物、塩化物、またはヨウ化物の陰イオンを使用して、200 つの異なる材料を作成しました。 これにより、元の材料により秩序だった構造がもたらされ、通常高温で見られる非常に安定で対称的な六角形の格子から、冷却時に不安定な斜方晶構造に変化するのを防ぎました。 水素陰イオンは、XNUMX°C で非常に速く組織化された格子の中を移動しました。 この材料は、より遅い速度ではありますが、室温でも水素陰イオンを伝導しました。
「水素陰イオン伝導性を室内まで向上 気温 燃料電池などの電気化学デバイスの低温動作が可能になり、産業用触媒や水素化反応用の固体水素源としての使用の道が開かれる可能性があります」と影山氏は言います。