JP7803524B2 - Hydride ion conductor, method for producing same, and all-solid-state battery - Google Patents
Hydride ion conductor, method for producing same, and all-solid-state batteryInfo
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Description
本開示は、ヒドリドイオン導電体及びその製造方法並びに全固体電池に関する。 This disclosure relates to a hydride ion conductor, a method for producing the same, and an all-solid-state battery.
プロトン及び酸素イオンは、燃料電池、空気電池等のエネルギー変換デバイスの可動イオンとして利用されている。一方、ヒドリドイオンは、一価でイオン半径が約1.2オングストロームと適度な大きさであり、大きな分極率を有することから、プロトン及び酸素イオンよりも可動イオンとして適した特徴を有する。更に、H2+2e-→2H-の酸化還元電位が-2.25V(vs.SHE)と高いことから、高電位の新規エネルギー変換デバイスを生み出すポテンシャルを有する。 Protons and oxygen ions are used as mobile ions in energy conversion devices such as fuel cells and air batteries. On the other hand, hydride ions are monovalent, have a moderate ionic radius of approximately 1.2 angstroms, and have high polarizability, making them more suitable as mobile ions than protons and oxygen ions. Furthermore, because the redox potential of H 2 + 2e − → 2H − is high at −2.25 V (vs. SHE), they have the potential to create new high-potential energy conversion devices.
特許文献1(特開2011-204632号公報)は、「一般式Ln2-XMXAHyO3(式中、Lnは3価の希土類元素、Mは4価のCeまたはアルカリ土類金属元素、AはLiまたはNaを示す。Mが4価のCeであるとき、0<x<0.2、y=1+xであり、そしてMがアルカリ土類金属元素であるとき、0<x<1、y=1-xである。)で示される組成を有してなるヒドリドイオン導電体」を記載している。 Patent Document 1 (JP 2011-204632 A) describes "a hydride ion conductor having a composition represented by the general formula Ln 2-X M X AH y O 3 (wherein Ln represents a trivalent rare earth element, M represents tetravalent Ce or an alkaline earth metal element, and A represents Li or Na. When M is tetravalent Ce, 0<x<0.2 and y=1+x; and when M is an alkaline earth metal element, 0<x<1 and y=1−x)."
特許文献2(特開2017-098067号公報)は、「一般式M1 XM2 yAHzOα(式中、M1は3価の希土類元素、M2はアルカリ土類金属元素またはMg、AはLi、Na、Sc,Co,Ni,Cu,MnまたはFeを示す。0≦x≦2;0≦y≦2;x+y=2;0<z<4;ならびに1≦α<3もしくは3<α<4である。)で示される組成を有してなるヒドリドイオン導電体」を記載している。 Patent Document 2 (JP 2017-098067 A) describes "a hydride ion conductor having a composition represented by the general formula M 1 X M 2 y AH z O α (wherein M 1 represents a trivalent rare earth element, M 2 represents an alkaline earth metal element or Mg, and A represents Li, Na, Sc, Co, Ni, Cu, Mn, or Fe; 0≦x≦2; 0≦y≦2; x+y=2; 0<z<4; and 1≦α<3 or 3<α<4)."
特許文献1及び2に記載のヒドリドイオン導電体は300℃~350℃の中温域で高いヒドリドイオン導電率を示す。より低温、好ましくは室温から100℃程度の常温近辺でヒドリドイオン導電性を示すヒドリドイオン導電体が望まれている。 The hydride ion conductors described in Patent Documents 1 and 2 exhibit high hydride ion conductivity in the medium temperature range of 300°C to 350°C. There is a demand for hydride ion conductors that exhibit hydride ion conductivity at lower temperatures, preferably around room temperature to 100°C.
本開示は、常温で高い導電特性を有するヒドリドイオン導電体及びその製造方法、並びに当該ヒドリドイオン導電体を含む常温動作可能な全固体電池を提供することを目的とする。 The present disclosure aims to provide a hydride ion conductor that has high conductivity at room temperature, a method for producing the same, and an all-solid-state battery that includes the hydride ion conductor and can operate at room temperature.
水素化ランタンLaH3は、アニオンの拡散に適した骨格構造である蛍石型構造を有するだけでなく、ヒドリドイオン(H-)が格子間の八面体位置を占有しているため、準格子間機構による高速ヒドリドイオン伝導性を示すと考えられる。しかし、LaH3は、常圧下ではH-が欠損し、それに伴うドナー準位形成により電子伝導性が発現するため、固体電解質として利用することは難しい。 Lanthanum hydride LaH3 not only has a fluorite-type structure, which is a framework structure suitable for the diffusion of anions, but also has hydride ions ( H- ) occupying octahedral interstitial sites, which is thought to result in high-speed hydride ion conductivity through a quasi-interstitial mechanism. However, LaH3 is difficult to use as a solid electrolyte because it exhibits electronic conductivity due to the vacancy of H- at atmospheric pressure, which results in the formation of donor levels.
本発明者らは、La3+よりもイオン結合性の高いアルカリ金属イオン又はアルカリ土類金属イオンでLaH3のLa3+の一部を置換することにより、空孔導入を抑制し又はバンドギャップを拡大させて、LaH3のヒドリドイオン欠損に起因する電子伝導性の発現を抑制できることを見出した。また、本発明者らは、上記アルカリ金属イオン又はアルカリ土類金属イオン置換体が、室温で固体電解質として機能可能なレベルのヒドリドイオン導電率を有しており、上記アルカリ金属イオン又はアルカリ土類金属イオン置換体を用いて室温動作可能な全固体電池を作製できることを見出した。 The present inventors have found that by substituting a portion of the La 3+ in LaH 3 with alkali metal ions or alkaline earth metal ions that have stronger ionic bonding than La 3+ , it is possible to suppress the introduction of vacancies or expand the band gap, thereby suppressing the development of electronic conductivity due to hydride ion deficiency in LaH 3. The present inventors have also found that the alkali metal ion or alkaline earth metal ion substituted product has a hydride ion conductivity at a level that allows it to function as a solid electrolyte at room temperature, and that the alkali metal ion or alkaline earth metal ion substituted product can be used to fabricate an all-solid-state battery that can operate at room temperature.
本開示は以下の態様を包含する。
[態様1]
一般式M1
xM2
yM3
zHαOβ(式中、M1は3価の希土類元素であり、M2は少なくとも1種の第2族元素であり、M3はアルカリ金属より選ばれる少なくとも1種の第1族元素であり、0.4≦x<1であり、0≦y≦0.6であり、0≦z≦0.5であり、0.7<x+y+z≦1であり、0<y+z≦0.6であり、2<α<3であり、0≦β<0.3であり、3x+2y+z=α+2βである。)で示される組成を有するヒドリドイオン導電体。
[態様2]
前記3価の希土類元素が、La、Ce、Nd、Sc及びYからなる群より選ばれる少なくとも1種である、態様1に記載のヒドリドイオン導電体。
[態様3]
前記第2族元素が、Mg、Ca、Sr及びBaからなる群より選ばれる少なくとも1種である、態様1又は2に記載のヒドリドイオン導電体。
[態様4]
前記第1族元素が、Na、K、Rb及びCsからなる群より選ばれる少なくとも1種である、態様1~3のいずれかに記載のヒドリドイオン導電体。
[態様5]
一般式M1
xM2
yM3
zHαOβ(式中、M1は3価の希土類元素であり、M2は少なくとも1種の第2族元素であり、M3はアルカリ金属より選ばれる少なくとも1種の第1族元素であり、0.4≦x<1であり、0≦y≦0.6であり、0≦z≦0.5であり、0.7<x+y+z≦1であり、0<y+z≦0.6であり、2<α<3であり、0≦β<0.3であり、3x+2y+z=α+2βである。)で示される組成を有するヒドリドイオン導電体の製造方法であって、
M1を含む水素化物と、
M2を含む水素化物、M3を含む水素化物又はそれらの組み合わせと
を反応させることを含む、ヒドリドイオン導電体の製造方法。
[態様6]
前記反応が水素ガス発生剤の存在下で高圧合成法により行われる、態様5に記載のヒドリドイオン導電体の製造方法。
[態様7]
前記反応がメカノケミカル法により行われる、態様5に記載のヒドリドイオン導電体の製造方法。
[態様8]
水素アニール処理を行うことを更に含む、態様7に記載のヒドリドイオン導電体の製造方法。
[態様9]
前記3価の希土類元素が、La、Ce、Nd、Sc及びYからなる群より選ばれる少なくとも1種である、態様5~8のいずれかに記載のヒドリドイオン導電体の製造方法。
[態様10]
前記第2族元素が、Mg、Ca、Sr及びBaからなる群より選ばれる少なくとも1種である、態様5~9のいずれかに記載のヒドリドイオン導電体の製造方法。
[態様11]
前記第1族元素が、Na、K、Rb及びCsからなる群より選ばれる少なくとも1種である、態様5~10のいずれかに記載のヒドリドイオン導電体の製造方法。
[態様12]
ヒドリドイオン供給体を含む正極と、水素吸蔵金属又は水素吸蔵合金を含む負極と、前記正極と前記負極の間に配置された態様1~4のいずれかに記載のヒドリドイオン導電体とを含む全固体電池。
[態様13]
前記ヒドリドイオン供給体が金属水素化物である態様12に記載の全固体電池。
[態様14]
前記負極がTi含有複合活物質を含む態様12又は13に記載の全固体電池。
The present disclosure encompasses the following aspects.
[Aspect 1]
A hydride ion conductor having a composition represented by the general formula M1xM2yM3zHαOβ (wherein M1 is a trivalent rare earth element, M2 is at least one Group 2 element, M3 is at least one Group 1 element selected from alkali metals, 0.4≦x<1, 0≦y≦0.6, 0≦z≦0.5, 0.7<x+y+z≦1, 0<y+z≦0.6, 2<α<3, 0≦β<0.3, and 3x+2y+z=α+2β).
[Aspect 2]
2. The hydride ion conductor according to claim 1, wherein the trivalent rare earth element is at least one selected from the group consisting of La, Ce, Nd, Sc, and Y.
[Aspect 3]
3. The hydride ion conductor according to claim 1, wherein the Group 2 element is at least one selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, and Ba.
[Aspect 4]
The hydride ion conductor according to any one of Aspects 1 to 3, wherein the Group 1 element is at least one selected from the group consisting of Na, K, Rb, and Cs.
[Aspect 5]
A method for producing a hydride ion conductor having a composition represented by the general formula M1xM2yM3zHαOβ (wherein M1 is a trivalent rare earth element, M2 is at least one Group 2 element, M3 is at least one Group 1 element selected from alkali metals, 0.4≦x<1, 0≦y≦0.6, 0≦z≦0.5, 0.7<x+y+z≦1, 0<y+z≦0.6, 2<α<3, 0≦β<0.3, and 3x+2y+z=α+2β),
a hydride containing M1 ;
A method for producing a hydride ion conductor, comprising reacting a hydride containing M2 , a hydride containing M3 , or a combination thereof.
[Aspect 6]
A method for producing a hydride ion conductor according to Aspect 5, wherein the reaction is carried out by a high-pressure synthesis method in the presence of a hydrogen gas generating agent.
[Aspect 7]
6. The method for producing a hydride ion conductor according to claim 5, wherein the reaction is carried out by a mechanochemical method.
[Aspect 8]
8. The method for producing a hydride ion conductor according to claim 7, further comprising performing a hydrogen annealing treatment.
[Aspect 9]
A method for producing a hydride ion conductor according to any one of Aspects 5 to 8, wherein the trivalent rare earth element is at least one selected from the group consisting of La, Ce, Nd, Sc, and Y.
[Aspect 10]
A method for producing a hydride ion conductor according to any one of Aspects 5 to 9, wherein the Group 2 element is at least one selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, and Ba.
[Aspect 11]
A method for producing a hydride ion conductor according to any one of Aspects 5 to 10, wherein the Group 1 element is at least one selected from the group consisting of Na, K, Rb, and Cs.
[Aspect 12]
An all-solid-state battery comprising: a positive electrode containing a hydride ion donor; a negative electrode containing a hydrogen storage metal or a hydrogen storage alloy; and the hydride ion conductor according to any one of Aspects 1 to 4, disposed between the positive electrode and the negative electrode.
[Aspect 13]
13. The all-solid-state battery according to claim 12, wherein the hydride ion donor is a metal hydride.
[Aspect 14]
14. The all-solid-state battery according to claim 12 or 13, wherein the negative electrode comprises a Ti-containing composite active material.
本開示によれば、常温で高い導電特性を有するヒドリドイオン導電体が提供される。当該ヒドリドイオン導電体を含む全固体電池は常温で動作可能である。 The present disclosure provides a hydride ion conductor that exhibits high conductivity at room temperature. An all-solid-state battery containing this hydride ion conductor can operate at room temperature.
なお、上述の記載は、本発明の全ての実施態様及び本発明に関する全ての利点を開示したものとみなしてはならない。 The above description should not be considered as disclosing all embodiments of the present invention or all advantages associated with the present invention.
以下、本発明の代表的な実施態様を例示する目的で、図面を参照しながらより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施態様に限定されない。 The present invention will now be described in more detail with reference to the drawings to illustrate representative embodiments, but the present invention is not limited to these embodiments.
[ヒドリドイオン導電体]
一実施態様のヒドリドイオン導電体は、一般式M1
xM2
yM3
zHαOβで示される組成を有する。
[Hydride ion conductor]
In one embodiment, the hydride ion conductor has a composition represented by the general formula M 1 x M 2 y M 3 z H α O β .
M1は3価の希土類元素である。M1を表す3価の希土類元素としては、例えば、La、Ce、Nd、Sc、Y、Sm、Eu、及びGdからなる群より選ばれる少なくとも1種が挙げられる。前記3価の希土類元素は、イオン半径及びコストの観点から、La、Ce、Nd、Sc及びYからなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましく、Laであることがより好ましい。 M1 is a trivalent rare earth element. Examples of the trivalent rare earth element represented by M1 include at least one element selected from the group consisting of La, Ce, Nd, Sc, Y, Sm, Eu, and Gd. From the viewpoints of ionic radius and cost, the trivalent rare earth element is preferably at least one element selected from the group consisting of La, Ce, Nd, Sc, and Y, and more preferably La.
M2は少なくとも1種の第2族元素である。前記第2族元素は、イオン半径の観点から、Mg、Ca、Sr及びBaからなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましく、Sr及びBaからなる群より選ばれる少なくとも1種であることがより好ましい。 M2 is at least one Group 2 element. From the viewpoint of ionic radius, the Group 2 element is preferably at least one selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, and Ba, and more preferably at least one selected from the group consisting of Sr and Ba.
M3はアルカリ金属より選ばれる少なくとも1種の第1族元素である。前記第1族元素は、イオン半径の観点から、Na、K、Rb及びCsからなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましく、更にコストの観点から、Na及びKからなる群より選ばれる少なくとも1種であることがより好ましい。 M3 is at least one Group 1 element selected from alkali metals. The Group 1 element is preferably at least one selected from the group consisting of Na, K, Rb, and Cs from the viewpoint of ionic radius, and more preferably at least one selected from the group consisting of Na and K from the viewpoint of cost.
xはヒドリドイオン導電体の必須構成原子であるM1の組成比を表し、0.4≦x<1である。xは0.5~0.9であることが好ましく、0.7~0.8であることがより好ましい。 x represents the composition ratio of M1 , which is an essential constituent atom of the hydride ion conductor, and is 0.4≦x<1. x is preferably 0.5 to 0.9, and more preferably 0.7 to 0.8.
yはヒドリドイオン導電体中のM2の組成比を表し、0≦y≦0.6である。yは0.1~0.4であることが好ましく、0.15~0.3であることがより好ましい。 y represents the composition ratio of M2 in the hydride ion conductor, and 0≦y≦0.6. y is preferably 0.1 to 0.4, and more preferably 0.15 to 0.3.
yが0の場合、ヒドリドイオン導電体は、一般式M1 xM3 zHαOβで示される組成を有する。この実施態様において、zは0.15~0.4であることが好ましく、0.2~0.3であることがより好ましい。 When y is 0, the hydride ion conductor has a composition represented by the general formula M 1 x M 3 z H α O β . In this embodiment, z is preferably from 0.15 to 0.4, more preferably from 0.2 to 0.3.
zはヒドリドイオン導電体中のM3の組成比を表し、0≦z≦0.5である。zは0~0.3であることが好ましく、0~0.1であることがより好ましい。 z represents the composition ratio of M3 in the hydride ion conductor, and 0≦z≦0.5. z is preferably 0 to 0.3, and more preferably 0 to 0.1.
zが0の場合、ヒドリドイオン導電体は、一般式M1 xM2 yHαOβで示される組成を有する。この実施態様において、yは0.15~0.4であることが好ましく、0.2~0.3であることがより好ましい。 When z is 0, the hydride ion conductor has a composition represented by the general formula M 1 x M 2 y H α O β . In this embodiment, y is preferably between 0.15 and 0.4, more preferably between 0.2 and 0.3.
x、y及びzは以下の式(1)及び(2):
0.7<x+y+z≦1 (1)
0<y+z≦0.6 (2)
を充足する。式(1)について、0.8≦x+y+z≦1であることが好ましく、0.9≦x+y+z≦1であることがより好ましい。式(2)について、0.1≦y+z≦0.4であることが好ましく、0.15≦y+z≦0.3であることがより好ましい。
x, y and z are represented by the following formulas (1) and (2):
0.7<x+y+z≦1 (1)
0<y+z≦0.6 (2)
With respect to formula (1), it is preferable that 0.8≦x+y+z≦1, and more preferably 0.9≦x+y+z≦1. With respect to formula (2), it is preferable that 0.1≦y+z≦0.4, and more preferably 0.15≦y+z≦0.3.
αはヒドリドイオン導電体のヒドリドイオン源である水素原子(H)の組成比を表し、2<α<3である。αは2.5~2.98であることが好ましく、2.7~2.95であることがより好ましい。 α represents the composition ratio of hydrogen atoms (H), which are the hydride ion source of the hydride ion conductor, and is in the range of 2<α<3. α is preferably 2.5 to 2.98, and more preferably 2.7 to 2.95.
βはヒドリドイオン導電体中の酸素原子(O)の組成比を表し、0≦β<0.3である。酸素原子(O)は、ヒドリドイオン導電体の合成に使用される原料又は製造条件に起因して、ヒドリドイオン導電体に混入し得る原子である。βは0.2以下であることが好ましく、0.1以下であることがより好ましい。 β represents the composition ratio of oxygen atoms (O) in the hydride ion conductor, and is in the range of 0≦β<0.3. Oxygen atoms (O) are atoms that can be present in the hydride ion conductor due to the raw materials used in synthesizing the hydride ion conductor or the manufacturing conditions. β is preferably 0.2 or less, and more preferably 0.1 or less.
x、y、z、α及びβは、ヒドリドイオン導電体の電荷補償を表す以下の式(3):
3x+2y+z=α+2β (3)
を充足する。
x, y, z, α, and β represent charge compensation of the hydride ion conductor as shown in the following formula (3):
3x+2y+z=α+2β (3)
Satisfy the following.
[ヒドリドイオン導電体の製造方法]
上記ヒドリドイオン導電体は、M1を含む水素化物と、M2を含む水素化物、M3を含む水素化物又はそれらの組み合わせとを反応させることにより得ることができる。
[Method of manufacturing hydride ion conductor]
The hydride ion conductor can be obtained by reacting a hydride containing M1 with a hydride containing M2 , a hydride containing M3 , or a combination thereof.
M1を含む水素化物としては、例えば、LaH3、CeH3、NdH3、ScH3、YH3、SmH3、EuH3、及びGdH3が挙げられる。M1を含む水素化物においてヒドリドイオンが欠損していてもよく、この場合、当該水素化物はM1H3-δ(例えば水素化ランタンの場合はLaH3-δ)と表記される。 Examples of hydrides containing M 1 include LaH 3 , CeH 3 , NdH 3 , ScH 3 , YH 3 , SmH 3 , EuH 3 , and GdH 3. Hydrides containing M 1 may be deficient in hydride ions, in which case the hydride is represented as M 1 H 3-δ (e.g., LaH 3-δ in the case of lanthanum hydride).
M2を含む水素化物としては、例えば、MgH2、CaH2、SrH2及びBaH2が挙げられる。 Hydrides containing M2 include, for example, MgH2 , CaH2 , SrH2 , and BaH2 .
M3を含む水素化物としては、例えば、NaH、KH、RbH及びCsHが挙げられる。 Hydrides containing M3 include, for example, NaH, KH, RbH, and CsH.
M1を含む水素化物、M2を含む水素化物、又はM3を含む水素化物は、ヒドリドイオン導電体の合成原料として使用される状態、例えば粉末状態において、不純物として酸素原子(O)を含むことがあり、酸素原子がヒドリドイオン導電体に導入される場合がある。 A hydride containing M1 , a hydride containing M2 , or a hydride containing M3 may contain oxygen atoms (O) as impurities when used as a raw material for synthesizing a hydride ion conductor, for example, in a powder state, and the oxygen atoms may be introduced into the hydride ion conductor.
上記水素化物の仕込み比は、目的とするヒドリドイオン導電体の組成に応じて適宜調整することができる。通常は、M1、M2及びM3の組成に対応する化学量論比で上記水素化物が使用される。上記水素化物を反応させる前に、メノウ乳鉢、ボールミル等を用いて混合して前駆体を得てもよい。混合は、空気中の酸素の混入を防止するため、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。前駆体は粉末状で使用してもよく、ペレットに成形してから使用してもよい。 The charging ratio of the hydrides can be adjusted appropriately depending on the composition of the desired hydride ion conductor. Usually, the hydrides are used in a stoichiometric ratio corresponding to the composition of M1 , M2 , and M3 . Before reacting the hydrides, they may be mixed using an agate mortar, a ball mill, or the like to obtain a precursor. Mixing is preferably carried out in an inert gas atmosphere such as argon gas to prevent the incorporation of oxygen from the air. The precursor may be used in powder form or may be formed into pellets before use.
一実施態様では、反応は水素ガス発生剤の存在下で高圧合成法により行われる。高圧合成法に用いる反応器は特に限定されない。例えば、上記水素化物又は前駆体と水素ガス発生剤とを混合し、キュービックアンビル型高圧装置のAu、Pt又は岩塩のカプセルに封入し、圧力1GPa~10GPa、温度600℃~1200℃の条件で、10分~24時間焼成を行うことにより、ヒドリドイオン導電体を合成することができる。 In one embodiment, the reaction is carried out by high-pressure synthesis in the presence of a hydrogen gas generating agent. The reactor used for high-pressure synthesis is not particularly limited. For example, a hydride ion conductor can be synthesized by mixing the hydride or precursor with the hydrogen gas generating agent, encapsulating the mixture in a capsule made of Au, Pt, or rock salt in a cubic anvil-type high-pressure apparatus, and then baking the mixture for 10 minutes to 24 hours at a pressure of 1 GPa to 10 GPa and a temperature of 600°C to 1200°C.
水素ガス発生剤としては、例えば、NaBH4、LiAlH4等の金属水素化物、Ca(OH)2等の金属水酸化物、又はこれらの混合物を使用することができる。一実施態様では、水素ガス発生剤として、NaBH4とCa(OH)2との混合物、又はLiAlH4が使用される。水素ガス発生剤はペレットに成形されていてもよい。 As the hydrogen gas generating agent, for example, a metal hydride such as NaBH4 or LiAlH4 , a metal hydroxide such as Ca(OH) 2 , or a mixture thereof can be used. In one embodiment, a mixture of NaBH4 and Ca(OH) 2 , or LiAlH4 is used as the hydrogen gas generating agent. The hydrogen gas generating agent may be formed into pellets.
別の実施態様では、反応はメカノケミカル法により行われる。メカノケミカル法に用いる反応器は特に限定されない。例えば、上記水素化物又は前駆体を、タングステンカーバイドボールと一緒にタングステンカーバイドポットに封入し、遊星型ボールミルを用いて、温度15℃~100℃、回転数100rpm~1000rpmの条件で、30分~24時間混合及び粉砕処理を行うことにより、ヒドリドイオン導電体を合成することができる。 In another embodiment, the reaction is carried out by a mechanochemical method. The reactor used for the mechanochemical method is not particularly limited. For example, the hydride or precursor described above can be sealed in a tungsten carbide pot together with tungsten carbide balls, and mixed and milled using a planetary ball mill at a temperature of 15°C to 100°C and a rotation speed of 100 rpm to 1000 rpm for 30 minutes to 24 hours to synthesize a hydride ion conductor.
メカノケミカル法によりヒドリドイオン導電体を合成した後、水素アニール処理を行ってもよい。水素アニール処理により、ヒドリドイオン導電体のヒドリドイオン欠損を低減させてそのヒドリドイオン導電性を高めることができる。水素アニール処理に使用される反応器は特に限定されず、メカノケミカル法で使用した反応器内で水素アニール処理を行うこともできる。例えば、水素アニール処理は、温度250℃~600℃、圧力0.1~5MPaの水素ガス雰囲気下、1~24時間行うことができる。 After synthesizing a hydride ion conductor using the mechanochemical method, a hydrogen annealing treatment may be performed. This hydrogen annealing treatment reduces the hydride ion deficiency in the hydride ion conductor, thereby increasing its hydride ion conductivity. There are no particular restrictions on the reactor used for the hydrogen annealing treatment; the hydrogen annealing treatment can also be performed in the reactor used for the mechanochemical method. For example, the hydrogen annealing treatment can be performed for 1 to 24 hours in a hydrogen gas atmosphere at a temperature of 250°C to 600°C and a pressure of 0.1 to 5 MPa.
本開示のヒドリドイオン導電体は、ヒドリドイオン二次電池、アンモニア燃料電池等の固体電池、特に全固体電池に好適に利用することができる。 The hydride ion conductors disclosed herein can be suitably used in solid-state batteries such as hydride ion secondary batteries and ammonia fuel cells, particularly all-solid-state batteries.
一実施態様では、ヒドリドイオン供給体を含む正極と、水素吸蔵金属又は水素吸蔵合金を含む負極と、正極と負極の間に配置された上記ヒドリドイオン導電体とを含む全固体電池が提供される。 In one embodiment, an all-solid-state battery is provided, comprising: a positive electrode containing a hydride ion donor; a negative electrode containing a hydrogen storage metal or alloy; and the above-described hydride ion conductor disposed between the positive electrode and the negative electrode.
正極に含まれるヒドリドイオン供給体は、その材料自体が水素化物等のヒドリドイオン供給源であってもよく、外部から供給された水素ガスをヒドリドイオンに変換しヒドリドイオン導電体に供給することが可能なPd、PdCu合金等の透過膜であってもよい。 The hydride ion donor contained in the positive electrode may be a material itself that is a hydride or other hydride ion source, or it may be a permeable membrane made of Pd, PdCu alloy, or the like that can convert hydrogen gas supplied from an external source into hydride ions and supply them to the hydride ion conductor.
一実施態様では、ヒドリドイオン供給体は金属水素化物である。金属水素化物としては、例えば、M1を含む水素化物が挙げられる。金属水素化物は、LaH3-δ(式中、δはヒドリドイオン欠損量を表し、0≦δ<0.5である。)であることが好ましい。 In one embodiment, the hydride ion donor is a metal hydride. Examples of metal hydrides include hydrides containing M1 . The metal hydride is preferably LaH3 -δ (where δ represents the amount of hydride ion deficiency, and 0≦δ<0.5).
負極に含まれる水素吸蔵金属又は水素吸蔵合金としては、例えば、Ti、Zr、Mg、V、希土類元素(例えばLa)等の水素親和性の高い金属、及びこれらの水素親和性の高い金属と、Fe、Ni、Co、Cr、Cu等の水素親和性の低い金属とを含む合金が挙げられる。水素吸蔵合金としては、例えば、LaNi5等の希土類系合金、Mg2Ni、Mg2Cu等のマグネシウム系合金、及びTi-Fe、Ti-Mn、Ti-Ni、Ti-Cu等のチタン系合金が挙げられる。水素吸蔵金属は金属チタンであることが好ましい。水素吸蔵合金はチタン系合金であることが好ましい。 Examples of hydrogen storage metals or alloys contained in the negative electrode include metals with high hydrogen affinity, such as Ti, Zr, Mg, V, and rare earth elements (e.g., La), and alloys containing these metals with high hydrogen affinity and metals with low hydrogen affinity, such as Fe, Ni, Co, Cr, and Cu. Examples of hydrogen storage alloys include rare earth alloys such as LaNi5 , magnesium alloys such as Mg2Ni and Mg2Cu , and titanium alloys such as Ti-Fe, Ti-Mn, Ti-Ni, and Ti-Cu. The hydrogen storage metal is preferably metallic titanium. The hydrogen storage alloy is preferably a titanium alloy.
一実施態様では、負極はTi含有複合活物質を含む。Ti含有複合活物質は、金属チタン又は上記チタン系合金と、上記ヒドリドイオン導電体とを含んでもよい。Ti含有複合活物質に含まれるヒドリドイオン導電体は、正極と負極の間で固体電解質として機能するヒドリドイオン導電体と同じ組成を有してもよく、異なる組成を有してもよい。 In one embodiment, the negative electrode comprises a Ti-containing composite active material. The Ti-containing composite active material may comprise metallic titanium or the titanium-based alloy described above and the hydride ion conductor described above. The hydride ion conductor contained in the Ti-containing composite active material may have the same composition as, or a different composition from, the hydride ion conductor that functions as a solid electrolyte between the positive electrode and the negative electrode.
この実施態様において、Ti含有複合活物質は導電助剤、バインダー等の添加剤を更に含んでもよい。導電助剤としては、例えば、炭素材料、金属粒子、及び導電性ポリマーが挙げられる。炭素材料としては、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、炭素繊維、カーボンナノチューブ、及びカーボンナノファイバーが挙げられる。バインダーとしては、例えば、スチレンブタジエンゴム(SBR)等のゴム系バインダー、及びポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素系バインダーが挙げられる。 In this embodiment, the Ti-containing composite active material may further contain additives such as a conductive aid and a binder. Examples of conductive aids include carbon materials, metal particles, and conductive polymers. Examples of carbon materials include acetylene black, ketjen black, carbon fiber, carbon nanotubes, and carbon nanofibers. Examples of binders include rubber-based binders such as styrene butadiene rubber (SBR), and fluorine-based binders such as polyvinylidene fluoride (PVDF) and polytetrafluoroethylene (PTFE).
全固体電池は、正極上にSUS、Al、Ni、Ti、カーボン等を含む集電体を有してもよく、負極上にSUS、Cu、Ni、カーボン等を含む集電体を有してもよい。 All-solid-state batteries may have a current collector containing SUS, Al, Ni, Ti, carbon, etc. on the positive electrode, and may have a current collector containing SUS, Cu, Ni, carbon, etc. on the negative electrode.
以下の実施例において、本開示の具体的な実施態様を例示するが、本発明はこれに限定されるものではない。部及びパーセントは全て、特に明記しない限り質量による。 The following examples illustrate specific embodiments of the present disclosure, but the present invention is not limited thereto. All parts and percentages are by weight unless otherwise specified.
1.ヒドリドイオン導電体の合成1
原料である水素化物として、水素化ランタン(LaH3-δ)、水素化ストロンチウム(SrH2)、及び水素化バリウム(BaH2)を用いた。LaH3-δは塊状の金属ランタンを温度400℃、圧力0.5MPaの水素ガス雰囲気下で10分間焼成することにより得た。
1. Synthesis of hydride ion conductors 1
The raw material hydrides used were lanthanum hydride (LaH 3-δ ), strontium hydride (SrH 2 ), and barium hydride (BaH 2 ). LaH 3-δ was obtained by firing block metallic lanthanum at 400°C and 0.5 MPa in a hydrogen gas atmosphere for 10 minutes.
実施例1~実施例2
一般式M1
xM2
yHαOβ(M1=La、M2=Sr)で示される組成を有するヒドリドイオン導電体を高圧合成法により合成した。x及びyを表1に示す。
Examples 1 and 2
A hydride ion conductor having a composition represented by the general formula M 1 x M 2 y H α O β (M 1 =La, M 2 =Sr) was synthesized by high-pressure synthesis. Table 1 shows x and y.
アルゴンガス雰囲気下で化学量論比のLaH3-δ及びSrH2を秤量した。これらの水素化物をメノウ乳鉢を使用して30分間手で混合して粉末状の前駆体を得た。粉末状の前駆体をペレット化し、水素ガス発生剤として水素化ホウ素ナトリウム(NaBH4)及び水酸化カルシウム(Ca(OH)2)を含む混合ペレットと一緒にキュービックアンビル型高圧装置のAuチューブに封入し、圧力3GPa、温度1000℃で30分間焼成することにより、多結晶粉末状のヒドリドイオン導電体を得た。 LaH3 -δ and SrH2 were weighed in a stoichiometric ratio under an argon gas atmosphere. These hydrides were mixed by hand in an agate mortar for 30 minutes to obtain a powdered precursor. The powdered precursor was pelletized and sealed in a gold tube of a cubic anvil-type high-pressure apparatus together with a mixed pellet containing sodium borohydride ( NaBH4 ) and calcium hydroxide (Ca(OH) 2 ) as hydrogen gas generating agents. The pellets were then calcined at a pressure of 3 GPa and a temperature of 1000°C for 30 minutes to obtain a polycrystalline powdered hydride ion conductor.
得られたヒドリドイオン導電体及び原料のLaH3-δの粉末X線回折図形を図1の上段に示す。X線回折の測定範囲は10°≦2θ≦80°とした。Srの固溶量が増加すると低角度側にピークがシフトすることが観察された。 The powder X-ray diffraction patterns of the obtained hydride ion conductor and the raw material LaH3 -δ are shown in the upper part of Figure 1. The measurement range of X-ray diffraction was 10°≦2θ≦80°. It was observed that the peak shifted to a lower angle as the amount of Sr in solid solution increased.
実施例3~実施例6
一般式M1
xM2
yHαOβ(M1=La、M2=Ba)で示される組成を有するヒドリドイオン導電体を高圧合成法により実施例1と同様の手順で合成した。x及びyを表2に示す。
Examples 3 to 6
A hydride ion conductor having a composition represented by the general formula M 1 x M 2 y H α O β (M 1 =La, M 2 =Ba) was synthesized by high-pressure synthesis in the same manner as in Example 1. x and y are shown in Table 2.
得られたヒドリドイオン導電体及び原料のLaH3-δの粉末X線回折図形を図1の下段に示す。X線回折の測定範囲は10°≦2θ≦80°とした。Brの固溶量が増加すると低角度側にピークがシフトすることが観察された。 The powder X-ray diffraction patterns of the obtained hydride ion conductor and the raw material LaH3 -δ are shown in the lower part of Figure 1. The measurement range of X-ray diffraction was 10°≦2θ≦80°. It was observed that the peak shifted to a lower angle as the amount of Br in solid solution increased.
実施例7~実施例12及び比較例1~比較例3
一般式M1
xM2
yHαOβ(M1=La、M2=Sr)で示される組成を有するヒドリドイオン導電体をメカノケミカル法により合成した。x及びyを表3に示す。
Examples 7 to 12 and Comparative Examples 1 to 3
A hydride ion conductor having a composition represented by the general formula M 1 x M 2 y H α O β (M 1 =La, M 2 =Sr) was synthesized by a mechanochemical method.
アルゴンガス雰囲気下で化学量論比のLaH3-δ及びSrH2を秤量した。これらの水素化物を直径10mmのタングステンカーバイドボールと一緒にタングステンカーバイドポットに封入し、遊星型ボールミルを用いて、室温(25℃)、回転数800rpmで3時間混合及び粉砕処理を行った。その後、温度400℃、圧力1MPaの水素ガス雰囲気下で12時間水素アニール処理を行うことにより、多結晶粉末状のヒドリドイオン導電体を得た。 Stoichiometric amounts of LaH3 -δ and SrH2 were weighed in an argon gas atmosphere. These hydrides were sealed in a tungsten carbide pot together with 10 mm diameter tungsten carbide balls and mixed and pulverized for 3 hours using a planetary ball mill at room temperature (25°C) and 800 rpm. Subsequently, hydrogen annealing was performed for 12 hours in a hydrogen gas atmosphere at 400°C and 1 MPa pressure, yielding a polycrystalline powder of hydride ion conductor.
得られたヒドリドイオン導電体並びに原料のLaH3-δ及びSrH2の粉末X線回折図形を図2に示す。X線回折の測定範囲は10°≦2θ≦80°とした。少なくともy=0.6(実施例12)までSr固溶体が形成された。 The powder X-ray diffraction patterns of the obtained hydride ion conductor and the raw materials LaH3 -δ and SrH2 are shown in Figure 2. The measurement range of X-ray diffraction was 10°≦2θ≦80°. Sr solid solution was formed at least up to y=0.6 (Example 12).
2.結晶構造解析
粉末X線回折を用いたリートベルト法により、ヒドリドイオン導電体の結晶構造を決定した。実施例8のヒドリドイオン導電体の結晶構造解析結果を図3に示す。LaH3-δの表面には不活性ガス中に混入した微量の酸素が吸着していることが考えられるため、酸素が含まれる既報の結晶構造モデルを用いて解析を行った。酸素の占有率が0.159(4)であること、電荷補償が成り立つことから、実施例8のヒドリドイオン導電体の組成はLa0.8Sr0.2H2.482O0.159(x=0.8、y=0.2、α=2.482、β=0.159)に決定された。LaとSrの組成は原料として使用した水素化物の仕込み比とした。La0.8Sr0.2H2.482O0.159の結晶構造を図4に示す。なお、合成環境によってヒドリドイオン導電体中の酸素の含有量が変化することが想定される。
2. Crystal Structure Analysis The crystal structure of the hydride ion conductor was determined by the Rietveld method using powder X-ray diffraction. The results of the crystal structure analysis of the hydride ion conductor of Example 8 are shown in Figure 3. Because trace amounts of oxygen mixed in the inert gas are thought to be adsorbed on the surface of LaH 3-δ , a previously reported crystal structure model containing oxygen was used for analysis. Since the oxygen occupancy was 0.159(4) and charge compensation was established, the composition of the hydride ion conductor of Example 8 was determined to be La 0.8 Sr 0.2 H 2.482 O 0.159 (x = 0.8, y = 0.2, α = 2.482, β = 0.159). The composition of La and Sr was determined as the ratio of the hydride used as the raw material. The crystal structure of La 0.8 Sr 0.2 H 2.482 O 0.159 is shown in Figure 4. It is assumed that the oxygen content in the hydride ion conductor changes depending on the synthesis environment.
粉末X線回折リートベルト解析結果を表4に示す。 The results of powder X-ray diffraction Rietveld analysis are shown in Table 4.
3.バンドギャップ測定
紫外可視近赤外吸収分光法を用いて、実施例7~実施例11のヒドリドイオン導電体のバンドギャップを算出した。測定条件は室温(25℃)、波長範囲は175~3300nmとした。得られた拡散反射スペクトルを図5に示す。Sr固溶量に対するバンドギャップのプロットを図6に示す。Sr固溶量の増加とともに吸収する光のエネルギーの下限が高エネルギー側にシフトすることが確認された。バンドギャップはy=0.1で2.14eVであり、y=0.5では2.78eVまで拡大した。
3. Bandgap Measurement The bandgap of the hydride ion conductors of Examples 7 to 11 was calculated using ultraviolet-visible-near-infrared absorption spectroscopy. Measurement conditions were room temperature (25°C) and a wavelength range of 175 to 3300 nm. The resulting diffuse reflectance spectra are shown in Figure 5. A plot of the bandgap versus the amount of Sr solid solution is shown in Figure 6. It was confirmed that the lower limit of the energy of absorbed light shifts to the higher energy side with increasing amount of Sr solid solution. The bandgap was 2.14 eV at y = 0.1, and expanded to 2.78 eV at y = 0.5.
実施例7~実施例11のヒドリドイオン導電体及び原料のLaH3-δの写真を図7に示す。原料のLaH3-δは、多量のヒドリドイオン欠損に起因する強い吸収により黒色を呈した。実施例7~11では、バンドギャップの拡大及びヒドリドイオン欠損の低減によりヒドリドイオン導電体の色が変化した。 Photographs of the hydride ion conductors of Examples 7 to 11 and the starting material LaH 3-δ are shown in Figure 7. The starting material LaH 3-δ was black due to strong absorption caused by a large amount of hydride ion vacancies. In Examples 7 to 11, the color of the hydride ion conductor changed due to the expansion of the band gap and the reduction of hydride ion vacancies.
4.ヒドリドイオン導電率測定
電気化学交流インピーダンス法を用いて、実施例7~実施例11のヒドリドイオン導電体のヒドリドイオン導電率を測定した。直径6mm、厚さ1.1mmでペレット化したヒドリドイオン導電体の両面に水素ブロッキング電極としてPt膜をスパッタしすることにより対称セルを作製した。Pt膜の直径は5mmとした。測定条件はアルゴン雰囲気下、印加電圧10mV、周波数範囲0.1Hz~35MHz、温度範囲0~100℃とした。実施例8のヒドリドイオン導電体の25℃におけるインピーダンススペクトルを図8に示す。インピーダンススペクトルは、ヒドリドイオン導電体内におけるヒドリドイオンの拡散に由来する高周波側の半円と、電極が水素をブロックすることに由来する低周波側の立ち上がりとから構成された。バルクと粒界の成分を分離できなかったため、バルクと粒界を加算した抵抗値からヒドリドイオン導電体のヒドリドイオン導電率を算出した。
4. Hydride Ion Conductivity Measurement The hydride ion conductivity of the hydride ion conductors of Examples 7 to 11 was measured using the electrochemical AC impedance method. Symmetric cells were fabricated by sputtering Pt films as hydrogen-blocking electrodes on both sides of a pelletized hydride ion conductor with a diameter of 6 mm and a thickness of 1.1 mm. The diameter of the Pt films was 5 mm. Measurement conditions were an argon atmosphere, an applied voltage of 10 mV, a frequency range of 0.1 Hz to 35 MHz, and a temperature range of 0 to 100°C. The impedance spectrum of the hydride ion conductor of Example 8 at 25°C is shown in Figure 8. The impedance spectrum consisted of a semicircle on the high-frequency side due to the diffusion of hydride ions within the hydride ion conductor and a rise on the low-frequency side due to the electrode blocking hydrogen. Because it was not possible to separate the bulk and grain boundary components, the hydride ion conductivity of the hydride ion conductor was calculated from the resistance value obtained by adding the bulk and grain boundary resistances.
実施例7~実施例11のヒドリドイオン導電体のアレニウスプロット及びヒドリドイオン拡散の活性化エネルギー(枠内)を図9に示す。Sr固溶量が小さいほど導電率は高くなり、ヒドリドイオン拡散の活性化エネルギーも同様に小さくなった。 Figure 9 shows the Arrhenius plots and activation energies (framed) for hydride ion diffusion for the hydride ion conductors of Examples 7 to 11. The smaller the amount of Sr in solid solution, the higher the conductivity and the smaller the activation energy for hydride ion diffusion.
5.ヒドリドイオン導電体を用いた電池反応
実施例7~実施例11のヒドリドイオン導電体を固体電解質、LaH3-δを正極活物質、Ti含有複合活物質を負極活物質として用いて全固体電池を作製し、定電流放電試験を行った。固体電解質として150mgのヒドリドイオン導電体を使用した。正極活物質として70mgのLaH3-δを使用した。Ti含有複合活物質は、30質量部の金属チタン、60質量部の固体電解質と同じヒドリドイオン導電体、及び10質量部のカーボン導電助剤VGCF(登録商標)(昭和電工株式会社製)をメノウ乳鉢で手で混合して調製した。負極活物質として10mgのTi含有複合活物質を使用した。放電条件は室温(25℃)、アルゴン気流下、放電電流値50μA、1/67.2Cレートとした。Tiの理論容量約1120mAhg-1に達するまで放電試験を行った結果、理論容量まで電圧が生じた。図10に放電曲線を想定される反応式と合わせて示す。
5. Battery Reaction Using Hydride Ion Conductors All-solid-state batteries were fabricated using the hydride ion conductors of Examples 7 to 11 as the solid electrolyte, LaH 3-δ as the positive electrode active material, and Ti-containing composite active material as the negative electrode active material, and constant current discharge tests were performed. 150 mg of hydride ion conductor was used as the solid electrolyte. 70 mg of LaH 3-δ was used as the positive electrode active material. The Ti-containing composite active material was prepared by manually mixing 30 parts by mass of titanium metal, 60 parts by mass of the same hydride ion conductor as the solid electrolyte, and 10 parts by mass of carbon conductive additive VGCF (registered trademark) (manufactured by Showa Denko K.K.) in an agate mortar. 10 mg of Ti-containing composite active material was used as the negative electrode active material. Discharge conditions were room temperature (25°C), under argon gas flow, with a discharge current of 50 μA and a 1/67.2 C rate. A discharge test was carried out until the theoretical capacity of Ti was reached, approximately 1120 mAhg -1 , and a voltage was generated up to the theoretical capacity. Figure 10 shows the discharge curve together with the assumed reaction formula.
実施例8のヒドリドイオン導電体を固体電解質として用いたときの、放電前後のTi含有複合活物質の粉末X線回折図形を図11に示す。33°~42°において、放電前に確認されたTiのピークが放電後には確認されなかった。また、放電後、58°付近に水素化チタンTiH2のピークが新たに観測された。粉末X線回折図形から、正極のLaH3-δから放出されたヒドリドイオンが、固体電解質であるヒドリドイオン導電体を経由し、負極のTiに吸蔵される放電反応が完全に進行したことが分かる。以上の結果から、水素化ランタンLaH3-δにSrを固溶させたヒドリドイオン導電体は、実質的に電子伝導を示さず、室温でヒドリドイオン固体電解質として機能することが実証された。 Figure 11 shows powder X-ray diffraction patterns of the Ti-containing composite active material before and after discharge when the hydride ion conductor of Example 8 was used as a solid electrolyte. At 33° to 42°, the Ti peak observed before discharge was not observed after discharge. Furthermore, after discharge, a new titanium hydride TiH 2 peak was observed around 58°. The powder X-ray diffraction pattern indicates that the discharge reaction in which hydride ions released from the LaH 3-δ positive electrode pass through the hydride ion conductor (solid electrolyte) and are absorbed by Ti at the negative electrode has progressed completely. These results demonstrate that the hydride ion conductor, in which Sr is solid-dissolved in lanthanum hydride LaH 3-δ , exhibits virtually no electronic conductivity and functions as a hydride ion solid electrolyte at room temperature.
6.ヒドリドイオン導電体の合成2
原料である水素化物として、実施例1で使用した水素化ランタン(LaH3-δ)、及び水素化ナトリウム(NaH)を用いた。
6. Synthesis of hydride ion conductors 2
As the hydrides used as raw materials, lanthanum hydride (LaH 3-δ ) and sodium hydride (NaH) used in Example 1 were used.
実施例13
一般式M1
xM3
zHαOβ(M1=La、M3=Na、x=0.7、z=0.3)で示される組成を有するヒドリドイオン導電体をメカノケミカル法により合成した。
Example 13
A hydride ion conductor having a composition represented by the general formula M 1 x M 3 z H α O β (M 1 =La, M 3 =Na, x=0.7, z=0.3) was synthesized by a mechanochemical method.
アルゴンガス雰囲気下で化学量論比のLaH3-δ及びNaHを秤量した。これらの水素化物を直径10mmのタングステンカーバイドボールと一緒にタングステンカーバイドポットに封入し、遊星型ボールミルを用いて、室温(25℃)、回転数800rpmで3時間混合及び粉砕処理を行った。その後、温度400℃、圧力1MPaの水素ガス雰囲気下で12時間水素アニール処理を行うことにより、多結晶粉末状のヒドリドイオン導電体を得た。 LaH3 -δ and NaH were weighed in a stoichiometric ratio under an argon gas atmosphere. These hydrides were sealed in a tungsten carbide pot together with 10 mm diameter tungsten carbide balls and mixed and pulverized using a planetary ball mill at room temperature (25°C) and 800 rpm for 3 hours. Subsequently, hydrogen annealing was performed for 12 hours under a hydrogen gas atmosphere at 400°C and 1 MPa pressure, yielding a polycrystalline powder of hydride ion conductor.
得られたヒドリドイオン導電体(x=0.7、z=0.3)並びに原料のLaH3-δ及びNaHの粉末X線回折図形を図12に示す。X線回折の測定範囲は10°≦2θ≦80°とした。合成したヒドリドイオン導電体の粉末X線回折図形にNaH由来のピークが観測されなかったこと、格子の膨張に伴う低角度側へのピークシフトが認められたことから、NaがLaH3-δに固溶したことが示唆される。 The powder X-ray diffraction patterns of the obtained hydride ion conductor (x = 0.7, z = 0.3) and the raw materials LaH 3-δ and NaH are shown in Figure 12. The measurement range of X-ray diffraction was 10°≦2θ≦80°. The powder X-ray diffraction pattern of the synthesized hydride ion conductor showed no peaks derived from NaH, and a peak shift to the lower angle side due to lattice expansion was observed, suggesting that Na was dissolved in LaH 3-δ .
本発明の基本的な原理から逸脱することなく、上記の実施態様及び実施例が様々に変更可能であることは当業者に明らかである。また、本発明の様々な改良及び変更が本発明の趣旨及び範囲から逸脱せずに実施できることも当業者には明らかである。 It will be apparent to those skilled in the art that the above-described embodiments and examples can be modified in various ways without departing from the basic principles of the present invention. It will also be apparent to those skilled in the art that various improvements and modifications of the present invention can be made without departing from the spirit and scope of the present invention.
本開示のヒドリドイオン導電体は、全固体電池等の固体電解質として有用である。また、本開示のヒドリドイオン導電体は、電荷キャリアとしてヒドリドイオンを利用する新たなエネルギーデバイスを生み出す可能性を有する。 The hydride ion conductors disclosed herein are useful as solid electrolytes for all-solid-state batteries and other applications. Furthermore, the hydride ion conductors disclosed herein have the potential to create new energy devices that utilize hydride ions as charge carriers.
Claims (14)
M1を含む水素化物と、
M2を含む水素化物、M3を含む水素化物又はそれらの組み合わせと
を反応させることを含む、ヒドリドイオン導電体の製造方法。 A method for producing a hydride ion conductor having a composition represented by the general formula M1xM2yM3zHαOβ (wherein M1 is a trivalent rare earth element, M2 is at least one Group 2 element, M3 is at least one Group 1 element selected from alkali metals, 0.4≦x<1, 0≦y≦0.6, 0≦z≦0.5, 0.7<x+y+z≦1, 0<y+z≦0.6, 2<α<3, 0≦β<0.3, and 3x+2y+z=α+2β),
a hydride containing M1 ;
A method for producing a hydride ion conductor, comprising reacting a hydride containing M2 , a hydride containing M3 , or a combination thereof.
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- 2022-03-02 JP JP2022032145A patent/JP7803524B2/en active Active
Patent Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| WO2021006136A1 (en) | 2019-07-08 | 2021-01-14 | 国立研究開発法人科学技術振興機構 | Metal oxyhydride production method, metal oxyhydride, and ammonia synthesis method using same |
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| JP2023128076A (en) | 2023-09-14 |
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