東京科学大学理学院化学系の八島正知教授らによる国際共同研究グループは、233℃で10 mS cm-1という世界最高レベルの酸化物イオン伝導度を示す新材料Bi1.9Te0.1LaO4.05Brを発見しました。イオン伝導層を臭化物イオン（Br-）層で挟む材料設計により、従来の酸化物イオン伝導体や代表的なプロトン伝導体を上回る高い伝導度と安定性を実現しています。本研究成果は、2026年10月14日（英国時間）に国際学術誌「Nature Communications」電子版に掲載されます。

233℃で世界最高レベルの伝導度を達成

研究グループは、高酸化物イオン伝導性を示すビスマス（Bi）を含む蛍石類似層をハロゲン層で挟んだSillénオキシハライドに着目しました。従来のオキシ塩化物中の塩化物イオン（Cl-）を、より大きく分極しやすい臭化物イオン（Br-）に置き換えることで、新材料Bi1.9Te0.1LaO4.05Brを合成しました。

この材料は、「Norby gap」と呼ばれる温度・イオン伝導度領域において、233℃で10 mS cm-1という世界最高レベルの酸化物イオン伝導度を示しました。これはYSZなどの従来の代表的な酸化物イオン伝導体や、低温で高い伝導度を示す代表的なプロトン伝導体の数値を上回り、Norby gapにおける高速な酸化物イオン伝導の実現となりました。

酸素空孔を介した移動機構を解明

中性子回折実験や第一原理計算、第一原理分子動力学（AIMD）シミュレーションを組み合わせた解析により、新材料内部の伝導機構も明らかになりました。過剰酸素を持つ材料では格子間酸素を介して酸化物イオン（O2-）が移動するという従来の考え方に対し、本材料では酸素空孔を介して酸化物イオンが拡散することが実証されました。

この結果は、「過剰酸素と酸素空孔の共存」という、これまで十分に活用されてこなかった要素を新たな材料設計の手法として活用できる可能性を示しています。

優れた安定性と今後のデバイス展開

新材料は、伝導度が高い200～300℃において、強い還元雰囲気から酸化雰囲気にかけて高い電気化学的安定性と化学的安定性を示し、CO2雰囲気下でも高い化学的安定性を維持します。また、プロトン伝導体で生じる水和に伴う化学膨張や、セリア系酸化物イオン伝導体で見られる還元雰囲気での化学膨張も検出されず、還元雰囲気での不安定性も克服しています。

現段階では粒界抵抗によって全体の伝導度が制限されているため、今後は緻密化や粒成長などの微細構造制御、単結晶や薄膜への展開、実際のセルへの応用を進める方針です。低温で作動する固体酸化物形燃料電池（SOFC）や固体酸化物形電解セル（SOEC）、酸素分離膜など、次世代の電気化学デバイスへの応用が目指されます。

本記事は熊本大学の発表をもとに作成されました。

Dellows News編集部

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