追手門学院大学の高見剛教授の研究チームは名古屋大学、高エネルギー加速器研究機構と共同で、電場下でフッ化物イオンを拡散できる固体電解質に、初めて電子が格子間に存在する化合物を用い、フッ化物イオンとアニオン電子の交換反応からフッ化物イオンの伝導が行われることを実証した。
全固体フッ化物イオン電池は、フッ化物イオンが固体電解質を通して正極と負極の間で行き来して充放電する蓄電池。リチウムイオン電池の数倍の容量を持ち、高い安定性と長時間の使用にも耐えるとされ、脱炭素社会の実現に向け次世代の高性能蓄電池として期待されている。
これまで固体電解質としてはランタン・バリウム・フッ素を用いた化合物が一般的で、フッ化物イオンが動く空孔を作り、フッ化物イオンを伝導させる仕組みが用いられるが伝導率向上には限界があった。
電子がアニオン（陰イオン）として特定位置に固定されている化合物は電子化物、その電子はアニオン電子と呼ばれる。研究グループは今回、バリウム、窒素、フッ素からなる電子化物を合成した。Ba不純物を抑制するため、原料粉として窒素を含むBa3N2を選択する工夫をした。ナトリウムまたはカリウムを加えることで電気伝導率が増加傾向を示した。
さらに、格子間にあるアニオン電子がスムーズなフッ化物イオンの伝導を阻害していると着想し、フッ化キセノンでアニオン電子とフッ化物イオンとの交換反応を試みたところ交換反応が実証され、また、フッ化物イオンが伝導したことも示された。
電子化物由来の物質でフッ化物イオンの伝導を実現したのは今回が初めて。全固体フッ化物イオン電池の開発に向けた、新たな固体電解質の探索的な開拓が期待されるとしている。
