大阪大学大学院理学研究科の今野巧教授、吉成 信人講師、山下智史助教、中澤康浩教授らの研究グループは、水和カリウムイオンが伝導イオン種となる超イオン伝導体を世界で初めて発見しました。
カリウムイオン(K⁺)は、資源が豊富で低コスト化ができることから、ナトリウムイオン（Na⁺）とともにリチウムイオン（Li⁺）に代わる電池材料として注目されています。しかしながら、カリウムイオンは、イオン半径が大きく重いため、水素イオン（H⁺）やリチウムイオンに比べて結晶中の運動性が低く、電池構築の鍵となる高いイオン伝導率を示すカリウムイオン伝導体の設計が困難とされていました。
今回、今野教授らの研究グループは、大きな負電荷とナノメートルサイズのイオン半径をもつアニオン性金属錯体を多数の結晶水とともに導入したイオン結晶（図１）を合成し、その単結晶でのK⁺イオン伝導性を調査しました。その結果、室温におけるK⁺イオン伝導率が1.3×10^-２ S/cmにも達し、水和カリウムイオンが伝導種となる超イオン伝導体であることを世界で初めて発見しました。同時に、Na⁺イオンやLi⁺イオンを含む類似のイオン結晶についても伝導率の調査を行い、通常のアルカリ金属イオン伝導体とは反対に、イオン伝導率がリチウムイオン（Li⁺）＜ナトリウムイオン（Na⁺）＜カリウムイオン（K⁺）の順に増加することも明らかにしました（図２）。今後、この発見により、安全で廉価、かつ高湿度下でも動作可能な全固体二次電池の開発が期待されます。
本研究成果は、英国科学誌「Chemical Science」に、10月26日（金）17時（日本時間）に公開されました。

図１．
今回開発したイオン伝導体の結晶構造。黄色で示した部分がイオン伝導経路となる。

図２．
各イオンのイオン伝導率。縦軸が上に行くほど高いイオン伝導率であることを示す。