微細粒子の低温固相合成法による新規固体電解質の創出

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本年度は、熱力学的準安定性について既存のレムナント準安定性に加え、新たにインターミディエイト準安定性を定義し、熱力学的原理に基づいて Li+導電性塩化物Li3YCl6およびLi3HoCl6の多形の安定性を分類した。これまで材料の準安定性は、動力学と熱力学を用いて議論されてきたが完全に整理されているわけではない。本研究では固相反応における熱力学的パラメータとして温度に着目することで、準安定性の種類を区別した。インターミディエイト準安定相は、最安定相よりも不安定であり、温度によらず高い自由エネルギーを持つ。そのため、高温まで加熱し得られた試料はアニールにより相転移しない。 一方、レムナント準安定相は、室温付近では準安定であるがある温度以上では安定相となるため安定な温度では高温相とも表現される。また、高温で安定な状態からの急冷により合成されるレムナント準安定相はアニールすることで低温安定相に相転移する。これらの特徴から急冷とアニールを行うことで実験的に安定性および準安定性を決定可能である。本研究ではLi3YCl6およびLi3HoCl6をモデルとして用いた。放射光X線回折測定から、LiClとYCl3またはHoCl3を混合した出発物質を約 450 K に加熱すると、単位格子あたりの式単位が1の低温相が生成し、600 K以上では式単位が3の高温相に相転移した。また、急冷した試料を573 Kでアニールしたところ高温相から低温相への相転移が起こり、低温では高温相がレムナント準安定であることが明らかとなった。さらに、Y, HoのX線吸収や、7Li固体NMR、交流インピーダンス測定を行い、多形の局所構造の変化を観察した。これらの結果についてChemRxivにプレプリント” Stability and Metastability of Li3YCl6 and Li3HoCl6”が公開されている。