「固体中をイオンが高速で流れる仕組みを解明」
大阪大学D3センター、産業技術総合研究所マテリアルDX研究センター、理化学研究所開拓研究所、東京科学大学総合研究院化学生命科学研究所の研究グループは、結晶構造を保ったまま一部のイオンだけが液体のように協同的に運動する「超イオン伝導」の物理機構を解明したと発表した。研究グループは単純な物理モデルを用いた共同研究により、固体の中でイオンが高速に流れる現象の本質を理論的に明らかにした。成果は米国科学アカデミー紀要（PNAS）に掲載された（DOI: 10.1073/pnas.2605867123）。詳細は大阪大学D3センターのホームページで公開されている。
出典：理化学研究所 2026年7月21日 プレスリリース
https://www.riken.jp/press/2026/20260721_2/index.html
ふつう、固体の中の原子やイオンは決まった位置に並んで動きません。ところが一部の物質では、結晶の骨組みは保ったまま特定のイオンだけが液体のように動き回るという不思議な状態が起きます。これが「超イオン伝導」と呼ばれる現象で、そうした物質は融点よりずっと低い温度で、電解液に匹敵するほど速くイオンを通します。
この性質が近年とりわけ注目されているのは、全固体電池の固体電解質の候補になるからです。現在のリチウムイオン電池は電気を運ぶ部分に液体（電解液）を使っており、発火や液漏れのリスクがあります。これを固体に置き換えられれば、安全性やエネルギー密度の向上が期待できます。ただし「なぜ固体の中でイオンがそんなに速く動けるのか」という基礎的な仕組みは、完全には分かっていませんでした。
研究グループは、複雑な材料を細かく計算するのではなく、単純な物理モデルを使って現象の本質に迫りました。ポイントは、イオンが1つずつばらばらに動くのではなく、互いに連動して協同的に運動することにあります。この協同運動がどのように高速な伝導を生むのかを理論的に整理したことで、超イオン伝導が起きる条件を見通しよく捉えられるようになりました。
固体電解質の開発は、これまで多くの候補物質を試す実験の積み重ねに頼ってきました。伝導の仕組みが理論で説明できれば、どんな構造の材料がイオンを速く通しやすいかを予測しやすくなります。今回の成果はすぐに電池になるものではなく基礎研究の段階ですが、材料探索の指針を与える土台として意味を持ちます。成果が国際的な学術誌PNASに掲載された点も、研究の水準を示しています。
全固体電池は、次世代の蓄電技術として自動車メーカーや素材メーカーが開発を競う領域です。派手な新素材の発表に目が向きがちですが、「なぜ動くのか」という原理の解明は、遠回りに見えて開発全体を加速させる力を持ちます。国内の複数機関が連携して基礎の部分を固めた今回の研究は、地道ながら重要な一歩といえます。
本記事は、FrontJournalが公開情報をもとに独自に分析した第三者コンテンツであり、対象企業・研究機関の公式見解ではありません。
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