光スイッチング特性を持つ超イオン伝導体を発見―全固体電池のオンオフを光で操作可能に：東京大学/筑波大学
(2020年3月17日発表)
東京大学と筑波大学の共同研究グループは3月17日、イオン伝導度を光でスイッチングできる超イオン伝導体を世界で初めて発見したと発表した。超イオン伝導体は全固体電池の電解質に使用される物質で、新物質の光スイッチング特性を使えば、電池を光でオンオフできるようになる可能性があるという。
超イオン伝導体は、固体中を動き回るイオンのイオン伝導率が電解質水溶液のイオン伝導率に匹敵する10-4Scm-1を超える物質を指す。
今回見出された光スイッチング効果を持つイオン超伝導体は、セシウム－鉄－モリブデンシアノ錯体と呼ばれる青色の結晶物質。イオン伝導度は318K（45℃）において4×10－3 Scm-1という非常に高い値を示した。
結晶構造を解析したところ、正の電荷を持つセシウムイオンと負の電荷を持つ鉄－モリブデンシアノ骨格から成り、その重心のズレによって、外部から電解を加えなくとも自発的な分極を示す極性結晶であることが分かった。
通常、超イオン伝導性と極性結晶構造は単一の材料に共存して現れることはないため、機能性に興味が持たれるという。
セシウム－鉄－モリブデンシアノ錯体は光応答性が期待されるニトロシル基を含んでいることから、光照射実験を試みたところ、波長532nmの光の照射でイオン伝導度は1.3×10-3 Scm-1から6.3×10-5 Scm-1へと2桁も低下した。超イオン伝導体のこのような光スイッチング現象の観測は世界で初めてという。
また、波長1,040nmのレーザー光を照射したところ、波長が半分の520nm(ナノメートル、1nmは10億分の1m)の光の出射が観測され、第二高調波発生が認められた。光応答性と第二高調波活性を示す超イオン伝導体はこれまでに例がなく、電解質の新たな機能提案につながることが期待されるとしている。
