研究内容

今やリチウムイオン二次電池は携帯やスマートフォン、PC、ポータブル機器の電源だけではなく、ハイブリッド自動車や電気自動車など広く普及し、私たちの生活に欠かせないものとなっています。 当研究室では、より高いエネルギーを有する高性能なリチウムイオン二次電池の開発を目指しています。

リチウムイオン二次電池の原料となるLi資源は政情不安定な南米に偏在しており、安定供給が困難になることが懸念されています。そこで、同じアルカリ元素であり、資源が無尽蔵に存在するNaをキャリアーイオンに用いるナトリウムイオン二次電池に注目し、2005年から研究に取り組んできました。ナトリウムイオン二次電池は低コスト、低環境負荷かつ現行のリチウムイオン二次電池に匹敵する高容量を実現できると期待され、2010年以降は世界中で研究が活発化しています。

ナトリウムイオン二次電池に続くリチウムイオン二次電池の代替として、当研究室ではLi、Naと同様にアルカリ金属であり資源量の豊富なKをキャリアーイオンとした、カリウムイオン二次電池の研究を行っています。カリウムイオン二次電池では、Kの低い標準電極電位を利用した高電圧作動による高エネルギー密度とK⁺イオンの低いルイス酸性による高速充放電が期待できます。

希薄電極法は様々な活物質濃度に“希釈した”合剤電極を用いることで電極の本質的な反応速度に迫ろうとするユニークな電気化学評価手法です。異なる希釈率の電極特性を比較することで、電極構造が入出力特性に与える影響と、組成や粒子形状で決まる活物質の本質的な充放電速度をそれぞれ評価できます。

走査型電気化学顕微鏡 (SECM) はマイクロ電極を探針として用いる、最先端の顕微鏡です。当研究室ではSECMを用いて充放電中に起こる様々な反応をリアルタイムで測定し、解析を行なっています。これまでに、充放電に伴う電極へのイオンが出入りや、安定した充放電に不可欠なSEI被膜の形成過程の観察に成功しました。電池内部で起こる複雑な反応を解き明かすことで、次世代電池材料の開発に役立つ知見を得ることを目指しています。

イオンセンサは溶液中の特定のイオンを定量するデバイスで、環境・医療分野等で広く利用されています。当研究室では、二次電池の正極材料であるインサーション材料を用いて、イオンセンサのさらなる小型化・高性能化を試みています。また、グルコースセンサに用いられる酵素は、pHや温度によって活性が変化してしまうため、測定条件が限られるという欠点があります。そこで当研究室では、非酵素型のグルコースセンサに着目し、金属酸化物を電極触媒として用いることで、良好なグルコース応答を示すことを見出しました。