高エネルギー加速器研究機構（KEK）、自然科学研究機構分子科学研究所などの研究グループは3月18日、負の電荷をもつ水素イオン「ヒドリド（H⁻）」で電気を伝える新材料を開発したと発表した。正イオンで電気を伝えるリチウムなどによる固体電解質を用いた燃料電池や蓄電池の開発が進んでいるが、新材料はまったく新しい動作原理を持つ次世代電池などの高性能エネルギーデバイスの実現に道を拓くと期待している。
■高い電気伝導率が得られることを確認
研究グループには東京工業大学、京都大学も加わった。ヒドリドは水素原子に電子が1個余分についた負の水素イオンで、新材料はこの水素イオンで電気を伝える物質。研究グループは新材料を固体電解質として用いた全固体電池を作製、電池として機能することを実証したという。
開発した新材料は、5種類の元素（ランタン、ストロンチウム、リチウム、水素、酸素）を組み合わせた物質で、各元素記号を用いて「LSLHO」と名付けた。リチウムとストロンチウム、ランタンそれぞれの酸化物と水素化物を出発原料として使い、1万気圧クラスの高圧下で熱処理して合成した。原料の割合を調整して組成を制御することで、負の水素イオンで電気を伝える新材料が実現できた。
電気伝導の特性を調べる実験をしたところ、高い電気伝導率が得られることを確認。さらに、新材料を用いて固体電池を試作した結果、電気化学反応が起きてプラスの起電力を示し、定電流放電ができる電池として機能することが分かった。
正の電荷をもつ水素イオンである水素原子核「プロトン」や、リチウムイオンで電気を伝える物質はこれまでにも実用材料として開発されている。しかし、ヒドリドだけで電気を伝えられる物質は、固体電解質として使えば高電圧・大容量のエネルギーデバイスが実現できる可能性があるとされながら、化学的に安定なものはこれまでなかった。
今回の成果について、研究グループは「ヒドリド伝導体を固体電解質に利用した新しいエネルギーデバイスの開発が可能なことを初めて示すことができた」として、今後次世代電池などの開発に新たな潮流が生まれると期待している。
