研究概要

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当研究室では21世紀の科学技術が取り組む最重要課題である地球持続技術・循環型社会の構築の為に再生可能エネルギー技術のフロンティア開拓を行う。新デバイス・新材料開発を中心に、太陽電池、燃料電池、二次電池等の革新的エネルギー技術を世に発信し地球温暖化対策のイノベーションを起こす。

主に機能材料プロセッシングと物性探索を研究ミッションの中心として温暖化対策のキーテクノロジー(電気自動車、風力発電、太陽光発電)である高性能蓄電池・燃料電池・太陽電池等のエネルギー材料化学の基礎研究を行う。これらの革新的エネルギーデバイスに資するグラフェン、ナノ結晶電極、表面・界面修飾技術、プラズマ・超臨界技術の基礎研究をベースに高出力・高容量型蓄電デバイスであるスーパーキャパシタ、リチウム二次電池や燃料電池など次世代型エネルギー変換デバイスの設計を行う。

・ 単原子層シート構造のグラフェンを利用したスーパーキャパシタ電極設計

大容量型キャパシタ電極に求められる物性としては表1に掲げたように、高い比表面積、大きな電子移動度や柔軟な二次元シート構造などがあるが、単原子層グラファイトであるグラフェンはこれらのキャパシタ電極に求められる材料特性を有しており理想的なナノカーボン材料である。グラフェンの巨大な比表面積を利用した電気二重層の形成や、表面の化学的修飾を利用して擬似容量を付与することによる大容量型キャパシタ電極の設計も可能である。単原子層シートのグラフェンの高エネルギー密度界面を利用した大容量キャパシタの開発を行う。

・ ナノ結晶活物質の精密合成と高容量・高出力型リチウム二次電池への応用

高容量・高出力型リチウム二次電池の革新的電極開発の為にはバルクと異なり低抵抗で高いイオン拡散性を有するナノサイズ活物質の開発が重要である。本間研究室では,短時間で活物質内のイオン拡散と電子伝導が可能である高容量・高出力型のナノ結晶活物質材料を開発している。ナノ結晶リン酸鉄リチウム等の高出力型正極材料に注目し、これらの超臨界流体用いた精密サイズ制御可能な先端的合成プロセスの開発と高出力化を実現させるためのナノ結晶表面の化学的修飾技術の開発を行っている。5~30nmの範囲のナノ結晶電極の革新的合成プロセス開発と電極特性の評価を行い、ハイブリッド自動車用リチウム電池などへの応用を検討している。

図 ナノ結晶の超臨界流体合成と充放電サイクル特性
エネルギーデバイス科学研究分野(PDFファイル)