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2020 | OriginalPaper | Buchkapitel

2. Quantum Chemistry in Perovskite Fluoride and Hydride: Nanoscale Hydride Ion Conduction

verfasst von : Taku Onishi

Erschienen in: Theoretical Chemistry for Advanced Nanomaterials

Verlag: Springer Singapore

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Abstract

Hydride ion, which implies negatively charged hydrogen, has recently attracted much scientific attention from the viewpoint of nanoscale fast ion transport. Molecular orbital calculations based on density functional theory were performed for perovskite fluoride and hydride, in order to investigate the hydride ion-conducting mechanism. In hydride ion-doped KMgF3 perovskite, it was found that hydride ion conduction occurs, combined with “competitive fluctuation”, which implies that fluorine anion also migrates around local minimum during hydride ion conduction. The activation energy for hydride ion conduction was estimated to be 0.61–0.85 eV. It was also found that hydride ion conduction occurs in KMgH3 perovskite. The activation energy for hydride ion conduction was estimated to be 0.40–0.61 eV. From the viewpoint of structural stability at high temperature, it was concluded that hydride ion-doped KMgF3 perovskite is more favourable than KMgH3 perovskite. In comparison with proton-conducting perovskites, it was concluded that hydride ion conducting perovskites can be utilized as fast ion conductor. Finally, we discuss hydride ion safety and outlook.

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Literatur
2.
Zurück zum Zitat M. Yoshino, A. Kozawa, R.J. Brodd, Lithium-Ion Batteries (Springer Nature, 2009), Introduction M. Yoshino, A. Kozawa, R.J. Brodd, Lithium-Ion Batteries (Springer Nature, 2009), Introduction
3.
Zurück zum Zitat T. Onishi, Quantum Computational Chemistry (Springer Nature, Singapore, 2018), Chapter 13 T. Onishi, Quantum Computational Chemistry (Springer Nature, Singapore, 2018), Chapter 13
4.
Zurück zum Zitat T. Norby, M. Widerøe, R. Glöcknera, Y. Larringa, Dalton Trans: 3012–3018 (2012) T. Norby, M. Widerøe, R. Glöcknera, Y. Larringa, Dalton Trans: 3012–3018 (2012)
5.
Zurück zum Zitat T. Norby, Perovskite Oxide for Solid Oxide Fuel Cell (Springer Nature, Singapore, 2009), Chapter 11 T. Norby, Perovskite Oxide for Solid Oxide Fuel Cell (Springer Nature, Singapore, 2009), Chapter 11
6.
Zurück zum Zitat T. Ishihara, Perovskite Oxide for Solid Oxide Fuel Cell (Springer Nature, Singapore, 2009), Chapter 4 T. Ishihara, Perovskite Oxide for Solid Oxide Fuel Cell (Springer Nature, Singapore, 2009), Chapter 4
7.
Zurück zum Zitat T. Onishi, Quantum Computational Chemistry (Springer Nature, Singapore, 2018), Chapter 14 T. Onishi, Quantum Computational Chemistry (Springer Nature, Singapore, 2018), Chapter 14
9.
10.
Zurück zum Zitat S. Steinsvik, Y. Larring, T. Norby, Solid State Ionics 143, 103–116 (2001)CrossRef S. Steinsvik, Y. Larring, T. Norby, Solid State Ionics 143, 103–116 (2001)CrossRef
11.
Zurück zum Zitat M. Widerøe, W. Münch, Y. Larring, T. Norby, Solid State Ionics 154–155, 669–677 (2002)CrossRef M. Widerøe, W. Münch, Y. Larring, T. Norby, Solid State Ionics 154–155, 669–677 (2002)CrossRef
12.
Zurück zum Zitat Y. Kobayashi, O.J. Hernandez, T. Sakaguchi, T. Yajima, T. Roisnel, Y. Tsujimoto, M. Morita, Y. Noda, Y. Mogami, A. Kitada, M. Ohkura, S. Hosokawa, Z. Li, K. Hayashi, Y. Kusano, J. Kim, N. Tsuji, A. Fujiwara, Y. Matsushita, K. Yoshimura, K. Takegoshi, M. Inoue, M. Takano, H. Kageyama, Nat. Mater. 11, 507–511 (2012)CrossRef Y. Kobayashi, O.J. Hernandez, T. Sakaguchi, T. Yajima, T. Roisnel, Y. Tsujimoto, M. Morita, Y. Noda, Y. Mogami, A. Kitada, M. Ohkura, S. Hosokawa, Z. Li, K. Hayashi, Y. Kusano, J. Kim, N. Tsuji, A. Fujiwara, Y. Matsushita, K. Yoshimura, K. Takegoshi, M. Inoue, M. Takano, H. Kageyama, Nat. Mater. 11, 507–511 (2012)CrossRef
13.
Zurück zum Zitat T. Yajima, F. Takeiri, K. Aidzu, H. Akamatsu, K. Fujita, W. Yoshimune, M. Ohkura, S. Lei, V. Gopalan, K. Tanaka, C.M. Brown, M.A. Green, T. Yamamoto, Y. Kobayashi, H. Hiroshi Kageyama, Nat. Chem. 7, 1017–1023 (2015)CrossRef T. Yajima, F. Takeiri, K. Aidzu, H. Akamatsu, K. Fujita, W. Yoshimune, M. Ohkura, S. Lei, V. Gopalan, K. Tanaka, C.M. Brown, M.A. Green, T. Yamamoto, Y. Kobayashi, H. Hiroshi Kageyama, Nat. Chem. 7, 1017–1023 (2015)CrossRef
14.
Zurück zum Zitat T. Onishi, in AIP Conference Proceedings 2040: 020002, 2018 T. Onishi, in AIP Conference Proceedings 2040: 020002, 2018
15.
16.
Zurück zum Zitat K. Klaveness, O. Swang, H. Fjellvåg, Europhys. Lett. 76, 285–290 (2006)CrossRef K. Klaveness, O. Swang, H. Fjellvåg, Europhys. Lett. 76, 285–290 (2006)CrossRef
17.
Zurück zum Zitat A. Bouamrane, C. Brauer, J.P. Soulié, J.M. Létoffeé, J.P. Bastide, Thermochim. Acta 326, 37–41 (1999)CrossRef A. Bouamrane, C. Brauer, J.P. Soulié, J.M. Létoffeé, J.P. Bastide, Thermochim. Acta 326, 37–41 (1999)CrossRef
18.
Zurück zum Zitat A. Bouamrane, J.P. Laval, J.P. Soulie, J.P. Bastide, Mater. Res. Bull. 35, 545–549 (2000)CrossRef A. Bouamrane, J.P. Laval, J.P. Soulie, J.P. Bastide, Mater. Res. Bull. 35, 545–549 (2000)CrossRef
20.
Zurück zum Zitat M.W. Schmidt, K.K. Baldridge, J.A. Boatz, S.T. Elbert, M.S. Gordon, J.H. Jensen, S. Koseki, N. Matsunaga, K.A. Nguyen, S. Su, T.L. Windus, M. Dupuis, J.A. Montgomery, J. Comput. Chem. 14, 1347–1363 (1993)CrossRef M.W. Schmidt, K.K. Baldridge, J.A. Boatz, S.T. Elbert, M.S. Gordon, J.H. Jensen, S. Koseki, N. Matsunaga, K.A. Nguyen, S. Su, T.L. Windus, M. Dupuis, J.A. Montgomery, J. Comput. Chem. 14, 1347–1363 (1993)CrossRef
21.
Zurück zum Zitat U. Varetto, <MOLEKEL 4.3.>; Swiss National Supercomputing Centre. Manno, Switzerland U. Varetto, <MOLEKEL 4.3.>; Swiss National Supercomputing Centre. Manno, Switzerland
23.
Zurück zum Zitat M. Rousseau, J.Y. Gesland, J. Julliard, J. Nouet, J. Zarembowitch, A. Zarembowitch, Phys. Rev. B 12, 1579–1590 (1975)CrossRef M. Rousseau, J.Y. Gesland, J. Julliard, J. Nouet, J. Zarembowitch, A. Zarembowitch, Phys. Rev. B 12, 1579–1590 (1975)CrossRef
24.
Zurück zum Zitat K. Uchino, S. Nomura, K. Vedam, R.E. Newnham, L.E. Cross, Phys. Rev. B 29, 6921–6925 (1984)CrossRef K. Uchino, S. Nomura, K. Vedam, R.E. Newnham, L.E. Cross, Phys. Rev. B 29, 6921–6925 (1984)CrossRef
25.
26.
Zurück zum Zitat T. Onishi, Quantum Computational Chemistry (Springer Nature, Singapore, 2018), Chapter 11 T. Onishi, Quantum Computational Chemistry (Springer Nature, Singapore, 2018), Chapter 11
27.
28.
Zurück zum Zitat P.C. Burns, F.C. Hawthorne, A.M. Hofmeister, S.L. Moret, Phys. Chem. Miner. 23, 141–150 (1996)CrossRef P.C. Burns, F.C. Hawthorne, A.M. Hofmeister, S.L. Moret, Phys. Chem. Miner. 23, 141–150 (1996)CrossRef
29.
Zurück zum Zitat M. Mortier, Q. Wang, J.Y. Buzaré, M. Rousseau, B. Piriou, Phys. Rev. B 56, 3022–3031 (1997)CrossRef M. Mortier, Q. Wang, J.Y. Buzaré, M. Rousseau, B. Piriou, Phys. Rev. B 56, 3022–3031 (1997)CrossRef
30.
Zurück zum Zitat J.L. Patel, J.J. Davies, B.C. Cavenett, H. Takeuchi, K. Horai, J. Phys. C Solid State Phys. 9, 129–138 (1976)CrossRef J.L. Patel, J.J. Davies, B.C. Cavenett, H. Takeuchi, K. Horai, J. Phys. C Solid State Phys. 9, 129–138 (1976)CrossRef
31.
Zurück zum Zitat M. Mortier, B. Piriou, J.Y. Buzaré, M. Rousseau, J.Y. Gesland, Phys. Rev. B 67, 115126 (2003)CrossRef M. Mortier, B. Piriou, J.Y. Buzaré, M. Rousseau, J.Y. Gesland, Phys. Rev. B 67, 115126 (2003)CrossRef
32.
Zurück zum Zitat W.E. Vehse, K.H. Lee, S.I. Yun, W.A. Sibley, J. Luminescence 10, 149–162 (1975)CrossRef W.E. Vehse, K.H. Lee, S.I. Yun, W.A. Sibley, J. Luminescence 10, 149–162 (1975)CrossRef
33.
34.
Zurück zum Zitat T. Onishi, T. Helgaker, Prog. Theor. Chem. Phys. 27 (2013), Chapter 14 T. Onishi, T. Helgaker, Prog. Theor. Chem. Phys. 27 (2013), Chapter 14
35.
Zurück zum Zitat K. Ikeda, Y. Kogure, Y. Nakamori, S. Orimo, Prog. Solid State Chem. 35, 329–337 (2007)CrossRef K. Ikeda, Y. Kogure, Y. Nakamori, S. Orimo, Prog. Solid State Chem. 35, 329–337 (2007)CrossRef
36.
Zurück zum Zitat K. Ikeda, Y. Kogure, Y. Nakamori, S. Orimo, Scr. Mater. 53, 319–322 (2005)CrossRef K. Ikeda, Y. Kogure, Y. Nakamori, S. Orimo, Scr. Mater. 53, 319–322 (2005)CrossRef
37.
Zurück zum Zitat K. Komiya, N. Morisaku, R. Rong, Y. Takahashi, Y. Shinzato, H. Yukawa, M. Morinaga, J. Alloys Compd. 453, 157–160 (2008)CrossRef K. Komiya, N. Morisaku, R. Rong, Y. Takahashi, Y. Shinzato, H. Yukawa, M. Morinaga, J. Alloys Compd. 453, 157–160 (2008)CrossRef
38.
Zurück zum Zitat P. Vajeeston, P. Ravindran, A. Kjekshus, H. Fjellvåg, J. Alloys Compd. 450, 327–337 (2008)CrossRef P. Vajeeston, P. Ravindran, A. Kjekshus, H. Fjellvåg, J. Alloys Compd. 450, 327–337 (2008)CrossRef
39.
Zurück zum Zitat A. Klaveness, H. Fjellvåg, A. Kjekshus, P. Ravindran, O. Swang, J. Alloys Compd. 469, 617–622 (2009)CrossRef A. Klaveness, H. Fjellvåg, A. Kjekshus, P. Ravindran, O. Swang, J. Alloys Compd. 469, 617–622 (2009)CrossRef
40.
41.
Zurück zum Zitat Y. Shinzato, H. Yukawa, M. Morinaga, T. Baba, H. Nakai, Adv. Quantum Chem. 54, 145–160 (2008)CrossRef Y. Shinzato, H. Yukawa, M. Morinaga, T. Baba, H. Nakai, Adv. Quantum Chem. 54, 145–160 (2008)CrossRef
42.
Zurück zum Zitat N. Kunkel, A. Meijerink, M. Springborg, H. Kohlmann, J. Mater. Chem. C 2, 4799–4804 (2014)CrossRef N. Kunkel, A. Meijerink, M. Springborg, H. Kohlmann, J. Mater. Chem. C 2, 4799–4804 (2014)CrossRef
Metadaten
Titel
Quantum Chemistry in Perovskite Fluoride and Hydride: Nanoscale Hydride Ion Conduction
verfasst von
Taku Onishi
Copyright-Jahr
2020
Verlag
Springer Singapore
DOI
https://doi.org/10.1007/978-981-15-0006-0_2