全固体電池などの次世代エネルギー貯蔵技術では、安全性と高性能を両立する固体電解質材料の開発が求められています。従来、固体中のイオン伝導性を高めるためには、構造をゆるめてイオンを動きやすくする必要がありましたが、その結果として材料の安定性が低下するという根本的な問題がありました。
　東京都立大学大学院理学研究科の栗田玲教授、石川陸矢（博士後期課程）、鳥取大学の高江恭平准教授らの研究グループは、原子がランダムに分布したランダム置換結晶に注目し、その中でリチウムイオンがどのように動くのかを分子動力学シミュレーションによって解析しました。その結果、リチウムイオン濃度がある臨界値（約20%）を超えると、リチウムイオン同士がつながってネットワークを形成し、導電率が急激に向上することを発見しました。この閾値（いきち）は、パーコレーション理論が予測する「連結の臨界点」と一致しており、結晶構造の中にイオン流路が自発的に生じることを明らかにしました。
　このメカニズムにより、結晶構造を壊すことなく液体電解質に匹敵する導電率（6.8×10^⁻3 S/cm）を実現できることが示されました。さらに、結晶の方向に依存しない等方的なイオン伝導が確認され、実用材料設計における新しい普遍原理として期待されます。
　本研究は、固体電解質材料において「高安定性」と「高伝導性」という相反する性質を調和させる新しい設計指針を提示するものであり、次世代固体電解質の開発に大きな一歩を示しました。
■本研究成果は、11月3日付けでAmerican Physical Societyが発行する英文誌Physical Review Materialsに発表されました。