研究内容

リチウムイオン電池用電解液

高性能なリチウムイオン電池用電解液を探索するため、当研究室ではリチウムイオンの溶媒和構造に着目した研究に取り組んでいます。その研究の成果として、黒鉛層の剥離が生じる炭酸プロピレン中でもリチウム塩を多量に溶解した濃厚溶液にすることで、リチウムイオンの可逆的な挿入脱離が進行することを見出しました。また、リチウムイオンよりルイス酸性の強い多価カチオンを添加した電解液を用いることでリチウムイオンの溶媒和構造を制御し、リチウムイオンの脱溶媒和を促進することを見出しました。

電極／電解液界面におけるイオン移動

電気自動車用途でのリチウムイオン電池は、高速充電などの必要性からこれまでよりも高い出入力特性が要求されています。これを達成するためには、電極反応の速さを決定する過程（律速段階）を明らかにすることが重要であります。当研究室では、特に電極／活物質界面でのリチウムイオン移動に着目して研究を行なっています。その研究成果として、界面で起こるリチウムイオン移動に大きな活性化障壁が存在することを明らかにし、さらにその活性化障壁がリチウムイオンの溶媒からの脱離（脱溶媒和）に起因することを見出しました。

多価カチオン電池（s-ブロック二次電池）

近年、電気自動車など大型機器用のエネルギー源として二次電池の活用が期待されており、電池のさらなる高エネルギー密度化が求められています。しかし、現在広く用いられているリチウムイオン電池のエネルギー密度は、既に理論的な限界に近づいており、これ以上の大幅な増大は困難であると考えられます。そのため、ポストリチウムイオン電池として、マグネシウムやカルシウム等の金属を用いた新規二次電池が提案されています。しかし、これらの金属（イオン）が室温付近で可逆的に析出溶解あるいは挿入脱離する系は未だほとんど見つかっていません。当研究室では、とりわけ電解液に焦点を当て、高効率かつ安全に機能する系の探索を行っています。

イオン液体と黒鉛層間化合物

携帯電話やノートパソコンなど小型電子機器用電源として広く用いられている現行のリチウムイオン電池には可燃性の有機溶媒が使用されており、火災事故等の原因として問題視されています。そこで室温で液体であり難揮発性・難燃性を示すイオン液体が高安全性電解液として期待されています。当研究室ではイオン液体構成カチオンおよびアニオンの黒鉛電極への電気化学的挿入脱離挙動を詳細に調べることで、新たな蓄電池系への展開を模索しています。

アルカリ形燃料電池（アニオン交換膜形燃料電池）

固体高分子形燃料電池は強酸性の電解質を使用しているため、耐食性に優れた貴金属触媒を使用しなければならず、本格普及へ大きな問題を抱えています。これに対して、アルカリ性の電解質膜（アニオン交換膜）を使用したアニオン交換膜形燃料電池は安価な電極触媒が使用可能であり、大きな注目を浴びています。当研究室では、特に、酸化物を使用した空気極触媒や空気極三相界面に着目した研究を行い、空気極の高性能化を目指しています。また、燃料として、水素の代わりにエチレングリコールを使用する研究も行っています。

亜鉛金属負極の二次電池化

亜鉛を負極に用いる金属亜鉛二次電池は、高容量が期待でき、水溶液系ベースの電解液を用いるため比較的高い安全性を有する蓄電池が構築可能である。しかし、亜鉛金属負極は使用条件によってはデンドライト生成と呼ばれる樹枝状金属の生成による内部短絡が懸念されるため、安全面で課題が残されている。当研究室ではデンドライト生成を抑制する新たな方法を模索し、高安全・高エネルギー密度を有する金属―空気電池の実用化を目指している。