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About us

本間研究室では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・低炭素社会構築の為にナノテクノロジーを利用した再生可能エネルギー技術のフロンティア開拓を行います。低環境負荷プロセッシングと機能性ナノ材料開発をコア技術として、二酸化炭素変換、次世代二次電池、キャパシタ、燃料電池等の革新的エネルギーデバイスを創生し、再生可能エネルギー普及と地球温暖化対策のイノベーションを起こすことを目的としています。

革新的エネルギーデバイスを実現するために、単原子層材料(グラフェン、層状金属化合物)、ナノ粒子、ナノポーラス物質、多元組成化合物、準安定相、有機活物質、擬似固体電解質、超臨界流体・水熱電解プロセス技術や放射光オペランド分析等の先端的な材料科学を探求し、それらの先端的ナノ材料科学を基礎学理として高容量・高出力型ポストリチウムイオン電池、大容量キャパシタ、燃料電池、太陽電池など低炭素化社会構築と産業競争力強化に資するエネルギーデバイスの研究開発を行います。

Our research goal is to realize renewable energy innovations and to contribute to global sustainability through advanced nanotechnology and nanoscienceUsing environmentally friendly materials processing and the exploration of advanced functional nanomaterials, the Honma laboratory investigates the frontiers of nanotechnology and nanomaterials for carbon capture and utilization, post lithium-ion batteries, supercapacitors, and fuel cells, thereby contributing to innovative solutions for global sustainability, renewable energy, and a low carbon emission industry.

Our studies focus on advanced functional nanomaterials such as monoatomic layered materials (graphene and transition metal dichalcogenides), nanoparticles, nanoporous materials, multi-material compounds, metastable materials, organic nanocrystalline electrodes, novel solid state electrolytes for all solid-state batteries, supercritical fluid & hydrothermal-electrochemical processing, and in-situ spectroscopy analysis using synchrotron light sourcesWe investigate the superior functionalities of these novel nanomaterials for post lithium-ion batteries, fuel cells, solar cells, and carbon dioxide conversion, to enable energy device innovations, a low carbon emission economy, and industrial competitiveness

 

Research keywords

ナノテクノロジー/機能性ナノ材料/低環境負荷プロセッシング/ポストリチウムイオン電池/低炭素エネルギー技術

Nanotechnology / Advanced functional nanomaterials / Sustainable materials processing / Post lithium-ion battery / Low carbon emission technology

Researches

・ナノ結晶活物質の精密合成と高容量・高出力型次世代二次電池への応用

現行のリチウムイオン電池の性能を大きく超える高容量・高出力型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形態を高度に制御した電極材料開発が重要となります。本間研究室では、電池系として次世代蓄電池である高エネルギー正極利用型リチウムイオン電池、マグネシウムイオン電池、水系電池等に着目し、先端的合成プロセス開発により粒径・形態を精密に制御したナノ結晶活物質材料を合成、蓄電池電極材料への応用研究を行っています。

図1

Fig. Synthesis of nanocrystals using various wet-processes and their application as a cathode for Magnesium-ion battery ([1]RSC Adv., 9, 36717-36725 (2019), [2]RSC Adv., 9, 36434–36439 (2019).)

 

・無機ナノ材料を用いた高活性電極触媒の設計・開発

電極に担持して用いる電気化学触媒(電極触媒)は、種々のエネルギー変換反応に重要な役割を果たします。例えば、燃料電池内における電極反応(燃料と酸素からエネルギーを取り出す反応)などがあります。当研究室では特に、電気エネルギーを化学エネルギーに変換するプロセスにおいて重要である(1)水の電気分解反応(水(H2O)から水素(H2)と酸素(O2)を得る)や、(2)二酸化炭素の再資源化反応(CO2から燃料や化成品の原料となる炭化水素やアルコールを得る)に着目した研究を行っています。それらの反応を効率良くすすめる金属酸化物や金属ナノ粒子、無機炭素を始めとしたとナノ材料の開発を行っています。

Electrocatalysis

 

・無機ナノ材料を用いた微小電気化学デバイス開発

様々なデバイスに利用可能な高容量な小型電池の開発が望まれています。当研究室では上述の次世代二次電池の開発に加えて、小型で微小な二次電池や一次電池に着目した研究も行っています。これまでの研究で得られた無機ナノ材料合成や微小電極作製技術を用いることで、最終的に超小型リチウム二次電池・燃料電池・電気化学キャパシタ・バイオ一次電池、飲み込みセンサ等に展開できる材料開発に挑戦しています。

 

BiocompatibleMicrobattery

 

・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。