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【本学研究者情报】

〇多元物质科学研究所　准教授　大野真之

【発表のポイント】

• 次世代蓄電デバイス構築にむけ、ハロゲン化物への酸素の導入により室温で4.1 mS cm^-1の高いイオン伝导率を有するガラスを実现しました。
• 酸素が架橋酸素（Bridging Oxygen）^（注１）としてイオン移動を促進する一方、非架橋酸素（Non-Bridging Oxygen）^（注２）が过剰に存在すると伝导を阻害することを発见しました。
• 酸素の構造的役割を理論?実験の両面から解明し、イオン伝導性マルチアニオン化合物（Multi-Anion compound）^（注３）の材料设计指针を确立しました。

【概要】

安全で高性能な次世代蓄电技术として注目されている全固体电池の开発には、固体でありながら液体のようにイオンが动き回る固体电解质が不可欠です。

東北大学 多元物質科学研究所の大野真之准教授、米国レンセラー工科大学（Rensselaer Polytechnic Institute）のPrashun Gorai助教授らの国際共同研究チームは、酸素を介したガラス構造の制御が固体電解質の性能を決定する鍵であることを突き止めました。

本研究チームは、ナトリウム酸化物と五塩化タンタル（xNa₂O-TaCl₅）を用いたガラス状固体电解质を合成し、酸素の导入が构造とナトリウムイオン输送に与える影响を、実験と计算の両侧面から详细に解析しました。その结果、酸素量の変化によりナトリウムイオン伝导率が叁つの领域に分かれて大きく変化し、最适组成（x ≈ 0.5 - 0.8、五塩化タンタルに対するナトリウム酸化物の割合がおよそ0.5 - 0.8）で室温において4.1 mS cm^-1（电気抵抗の逆数、イオン伝导度の単位。読みはミリジーメンス毎センチメートル）の高伝导を示しました。酸素は、局所构造中で架桥酸素として金属塩化物ネットワークをつなぎ、イオンが移动する空间を広げイオン伝导を促进しますが、过剰に导入すると非架桥酸素が生成して、移动するナトリウムイオンとの相互作用を强め、イオン伝导を阻害することを発见しました。本成果により、全固体电池の基干材料である固体电解质の新たな设计指针を确立しました。

本成果は、2025年11月11日（米国東部時間）付で、学術誌Journal of the American Chemical Societyに掲載されました。

【用语解説】

注1.架橋酸素（Bridging Oxygen）：金属中心（Ta⁵⁺）同士をつなぐ酸素原子。ネットワークを形成しイオン移动を促进する。

注2.非架橋酸素（Non-Bridging Oxygen）：単一の金属中心に結合する酸素。過剰になると局所空間を狭め、イオン移動を阻害する。

注3.マルチアニオン化合物（Multi-Anion compound）：アニオンとは負の電荷を持つイオンのこと。O^2-や颁濒^-など异なる阴イオンを组み合わせ、构造と机能を最适化する材料设计手法。

【论文情报】

タイトル：Oxygen-Mediated Structural Modulation and Ion Transport in xNa₂O-TaCl₅ Glass Electrolytes
著者： Zheng Huang, Neha Yadav, Shun Itakura, Peng Song, Hirofumi Akamatsu, Katsuro Hayashi, Prashun Gorai*, Saneyuki Ohno*
*責任著者：レンセラー工科大学　助教授　Prashun Gorai
东北大学多元物质科学研究所　准教授　大野真之
掲載誌：Journal of the American Chemical Society
顿翱滨：10.1021/箩补肠蝉.5肠10564
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问い合わせ先

（研究に関すること）
东北大学多元物质科学研究所
准教授　大野真之
TEL: 022-217-5816
Email: saneyuki.ohno.c8*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

（报道に関すること）
東北大学 多元物質科学研究所 広報情報室
TEL: 022-217-5198
Email: press.tagen*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）