九州大学などが酸化物イオン伝導体を発見、233℃で高い伝導度と安定性

東京科学大学、九州大学などの国際共同研究グループが、新たな酸化物イオン伝導体の発見を九州大学の発表で公表した。論文は2026年10月14日(現地時間)、Nature Communications電子版に掲載された。

何が発見されたのか

酸化物イオン伝導体は、酸化物イオンの移動によって電気を流す物質だ。今回の新物質はSillénオキシ臭化物Bi1.9Te0.1LaO4.05Br。オキシ臭化物とは、酸素と臭素を含む物質を指す。新物質はビスマス、テルル、ランタン、酸素、臭素で構成される。

研究グループによると、233℃で10 mS cm−1の酸化物イオン伝導度を示した。伝導度は電気の流れやすさを表す値である。この温度領域では世界最高レベルだとしている。

また、水素イオンが動くことで電気を流す代表的なプロトン伝導体も上回ったという。比較対象は、低温で高い伝導度を持つ材料だ。

かんたんに言うと、空いた席を使って動く

発見のポイントは、電気の流れやすさだけではない。酸素が過剰にあるのに、酸化物イオンは「酸素空孔」を介して移動したと研究グループは説明する。酸素空孔とは、結晶内で酸素原子があるはずなのに存在しない位置だ。

席が並ぶ場所で、空席へ人が移る様子を思い浮かべると分かりやすい。全体として酸素が多くても、移動には酸素の抜けた位置が使われる、という説明だ。

従来は、過剰な酸素を持つ伝導体では、決まった位置と隙間にいる2個のイオンが連動して動くと考えられてきた。研究グループは、今回の結果がその通説を覆すとしている。

構造と安定性をどう確かめたか

新物質は、イオンが流れるビスマスを含む層を、臭化物イオンの層で挟む構造を持つ。研究グループによると、この層構造で高い伝導度と安定性を両立した。

解析には、中性子を使って結晶内の原子配列を調べる中性子回折実験と、計算を組み合わせた。実験には、日本のJ-PARC内の物質・生命科学実験施設を使用した。

研究グループは、200～300℃で、酸素を奪う性質の強い環境から酸化させる環境まで高い安定性を示したとしている。同じ温度範囲のCO2(二酸化炭素)雰囲気下でも、化学的安定性が高いという。

まとめ

今回の研究は、高い伝導度に加え、酸素が過剰な物質での移動の仕組みを示した点が重要だ。研究グループは、過剰酸素と酸素空孔の共存が、新たな材料設計の手段になると期待している。電気と化学反応を利用する次世代の装置に向け、材料選びの幅が広がる可能性がある。