추수문학원대학의 타카미 츠요시 교수의 연구팀은 나고야 대학, 고에너지 가속기 연구기구와 공동으로, 전장하에서 불화물 이온을 확산할 수 있는 고체 전해질에, 최초로 전자가 격자간에 존재하는 화합물을 이용, 화물 이온과 음이온 전자의 교환 반응으로부터 불화물 이온의 전도가 행해지는 것을 입증했다.

 전 고체 불화물 이온 전지는, 불화물 이온이 고체 전해질을 통해 정극과 부극 사이에서 왕래하여 충방전하는 축전지이다. 리튬 이온 전지의 수배 용량을 가지며, 높은 안정성과 장시간의 사용에도 견딜 수 있다고 되어, 탈탄소 사회의 실현을 향한 차세대의 고성능 축전지로서 기대되고 있다.

 지금까지 고체 전해질로서는 란탄·바륨·불소를 이용한 화합물이 일반적이며, 불화물 이온이 움직이는 공공을 만들어, 불화물 이온을 전도시키는 구조가 사용되지만 전도율 향상에는 한계가 있었다 .

 전자가 음이온(음이온)으로서 특정 위치에 고정되어 있는 화합물은 전자화물, 그 전자는 음이온 전자라고 불린다. 연구그룹은 이번 바륨, 질소, 불소로 이루어진 전자화물을 합성했다. Ba 불순물을 억제하기 위해, 원료 분말로서 질소를 함유하는 Ba3N2를 선택하는 궁리를 했다. 나트륨 또는 칼륨을 첨가함으로써 전기 전도도가 증가하는 경향을 보였다.

 또한, 격자간에 있는 음이온 전자가 부드러운 불화물 이온의 전도를 저해하고 있다고 착상하고, 불화 크세논으로 음이온 전자와 불화물 이온과의 교환 반응을 시도한 바 교환 반응이 실증되어 또 , 불화물 이온이 전도되었음을 나타냈다.

 전자화물 유래의 물질로 불화물 이온의 전도를 실현한 것은 이번이 처음이다. 전 고체 불화물 이온 전지의 개발을 향한 새로운 고체 전해질의 탐색적인 개척이 기대된다고 한다.

논문 정보:【Chemistry of Materials】Topochemical fluoride exchange reaction with anionic electrons toward fluoride-ion conduction in layered Ba2-xAxNF1-x (A = Na, K)

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