研究領域の現状 269
小 林 玄 器（特任准教授（若手独立フェロー） ） （2 0 1 3 年 9 月 1 日着任）
A-1) 専門領域：無機固体化学，固体イオニクス，電気化学，蓄電・発電デバイス
A-2) 研究課題：
a) H–導電性酸水素化物の物質探索
b) H–のイオン導電現象を利用した新規イオニクスデバイスの創成 c) 電極／電解質界面制御によるリチウム二次電池の高性能化
A-3) 研究活動の概略と主な成果
a) 当グループがこれまでおこなってきた H–導電体La2–x–ySrx+yLiH1+x+yO3–yの研究から得られた知見を基に物質探索を
進め，新たにBa2LiH3–2xO1+xとBa2ScHO3の合成に成功した。Ba2LiH3–2xO1+xは，300 ºC で 10–2 S·cm–1を越える極め て高いH–導電特性を示した。一⽅，Ba2ScHO3は，これまで報告された酸水素化物とは異なるH–の配位環境をと ることが分かり，今後の酸水素化物の物質設計に資する固体化学的に有益な知見を得た。
b) La2–x–ySrx+yLiH1+x+yO3–yが全固体電池の固体電解質として利用できることを明らかにした。また，水素透過性のPd
を電極に用いた固体電池の電気化学測定から，H2 + 2e– ⇔ 2H–の反応がPd 電極で可逆的に進行することを確認した。 c) リチウム二次電池の高容量正極材料として期待されている Li1.2MO2 (M = Ni, Co, Mn) の粒子表面を Al2O3で修飾す
ることで電池特性の向上に成功した。また，Al2O3修飾を施したLi1.2MO2の粒子の最表面からバルク内部にかけて
の電子状態を硬Ｘ線光電子分光測定により明らかにした。
B-1) 学術論文
S. TSUSHIMA, W. HUNG, P. DEEVANHXAY G. KOBAYASHI, R. KANNO and S. HIRAI*, “In Situ X-Ray Visualization of the Lithiation Process in a Porous Graphite Electrode in an Operating Li-Ion Cell,” ChemElectroChem 2, 1535–1540 (2015). R. SAKUMA, H. HASHIMOTO, G. KOBAYASHI, T. FUJII, M. NAKANISH, R. KANNO, M. TAKANO and J. TAKADA*, “High-Rate Performance of Bacterial Iron-Oxide Electrode Material for Lithium-Ion Battery,” Mater. Lett. 139, 414–417 (2015).
B-4) 招待講演
G. KOBAYASHI, “Hydride Conduction in Oxyhydrides,” 20th International Conference on Solid State Ionics, Keystone (U.S.A.), June 2015.
B-5) 特許出願
特願2015-228680, 「ヒドリドイオン導電体およびその製造⽅法」, 小林玄器，渡邉明尋，菅野了次，平山雅章（自然科学研究 機構，東京工業大学）, 2015年.
270 研究領域の現状 B-6) 受賞，表彰
G. KOBAYASHI, International Conference on Materials for Advanced Technologies 2009, Best Poster Award (2009). G. KOBAYASHI, The American Ceramics Society Spriggs Phase Equilibria Award (2010).
小林玄器, 手島精一記念研究賞（博士論文賞）(2011).
橋本英樹，小林玄器，鈴木智子, 第三回ネイチャー・インダストリー・アワード特別賞 (2014).
B-7) 学会および社会的活動
学会の組織委員等
２０１３年電気化学秋季大会実行委員 (2013). 第５６回電池討論会実行委員 (2015).
B-8) 大学での講義，客員
東京理科大学理学部, 集中講義「特別研究」, 2015年 10月 3日.
B-10) 競争的資金
科研費研究活動スタート支援, 「逆ペロブスカイト型新規リチウムイオン導電体の創成」, 小林玄器 (2011年 –2012年). 科研費若手研究(B), 「ヒドリド含有酸化物を基軸とした新規機能性材料の探索」, 小林玄器 (2012年 –2014年).
科学技術振興機構さきがけ研究「新物質科学と元素戦略」, 「ヒドリド酸化物の直接合成による新規機能性材料の探索」, 小 林玄器 (2012年 –2016年).
科研費若手研究(A), 「新規イオニクスデバイスの開発に向けたヒドリド導電性物質の探索」, 小林玄器 (2015年 –2018年).
C) 研究活動の課題と展望
① H–導電性酸水素化物の物質探索および新規イオニクスデバイスの創製（研究課題a), b)）
着任時から一貫して取り組んできたH–導電性酸水素化物の物質探索については，Ba2LiH3–2xO1+xの合成に成功したことで
大きく進展した。Ba2LiH3–2xO1+xが300–400 ºC で示すH–導電特性（σ ≥ 10–2 S·cm–1）は，プロトン（H+）による従来の水素の イオン輸送では達成できなかった特性である。プロトン（H+）による水素のイオン伝導では，水または酸化物イオンとの結合 を介してH+が伝導するため，水を固体内に結晶水として留めることができない，またはH–O 結合の束縛が強いなどの理由
から，中温域（200–400 ºC）で優れた導電特性が得られない。これに対し，H–は固体内を単独でホッピング伝導できるため， この温度域で高い導電率が得られた可能性がある。今後は，これまで得られた知見を基に，更なる導電率の向上を目指して 物質探索を継続する。また，物質探索と並行してH–のイオン導電機構や拡散係数などを明らかにし，組成・構造・物性の 関連性をより詳細に解明することで，H–導電体の研究を固体イオニクスの新たな研究分野として確立・体系化したい。 H–のイオン導電現象の電池反応への応用に関しては，実際に，合成した酸水素化物を固体電解質に用いた固体電池を作
製し，H2ガスを活物質としたH–/H2の酸化還元反応を観測した。今後は，新しい発電・蓄電デバイスの創成を目的として， 正極側の反応を検討したい。また，これまで合成した酸水素化物の熱的・電気的安定性を調べ，電池材料としての可能性 を多角的に検証する。
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② 電極／電解質界面の制御（研究課題c)）
リチウム二次電池電極の表面を異種酸化物やリン酸塩などで修飾し，電池特性の飛躍的向上に繋がる界面制御技術の確立 を目指す。さらに，表面修飾が電極／電解質界面における電荷移動やイオン拡散に与える影響を明らかにする。表面修飾 が電池反応に与える影響を明らかにするためには，電池反応前後の電極や電解質の電子状態や結晶構造の変化を調べる必 要があり，UVSOR，SPring-8 などの放射光施設やJ-Parc などの中性子施設を利用する予定である。電極／電解質界面での イオン拡散現象に関する研究によって得られた知見は，研究課題b) の新規イオニクスデバイスの創成にフィードバックする。
