| 電気化学的エネルギー変換・貯蔵システムである燃料電池やリチウム電池の内部で起こる電気化学反応では、多くの場合、電子だけでなくイオンも同時に界面を移動している。一般的にイオンの移動速度は電子の移動速度よりも遅く、反応速度は電子移動速度よりもむしろイオン移動速度によって決定される。従って、リチウム二次電池、燃料電池など電気化学的エネルギー変換・貯蔵システムのさらなる高効率化をはかるためには、界面イオン移動反応の解明が不可欠である。
本研究では、理想的な固／固、固／液、液／液モデル界面の形成、薄膜を用いた界面のモデル化により、界面を移動するイオンの平衡論ならびにダイナミクスの理論的解明を進める。これらの結果を実際のリチウム二次電池、燃料電池に用いられている電極(界面)反応に結び付け、飛躍的高効率化をめざす。これらの研究で得られた知見に基づいて、高速界面イオン移動が可能なリチウム電池、燃料電池の新規電極材料、電解質材料の開発を進める。 |
| これまでに、固体界面グループとして、リチウム二次電池反応における界面イオン移動、リチウム二次電池正極材料における界面イオン移動と結晶構造変化、固体／固体イオン導電体接合界面におけるイオン移動、酸化物／ポリマー複合体界面のリチウムイオン移動、酸素ポテンシャルとイオン移動、多孔性電極内のイオン移動の評価、液体界面グループとして液／液界面でのイオン移動の理論的研究、酸化物界面グループとして酸化物／酸化物接合界面におけるイオン移動の解明と高速化、新規高速イオン伝導性酸化物を用いる界面イオン移動の高速化と酸素ポンプの開発、界面構造グループとしてプロトン導電性人工格子によるモデル界面の形成と評価、薄膜形成による構造と欠陥平衡の変化とその界面イオン移動に及ぼす影響、イオン伝導性ガラスによるモデル界面形成と界面イオン移動について実験的または理論的な研究を進めてきた。
これまでの研究の成果に基づき、更に理論的な裏づけを深め、具体的な材料の開発を進めていく。 |
| 特に層状活性物質のLiイオン挿入に対する配向の影響、インピーダンスの温度依存性、イオンの界面移動を速くする条件、SOFC酸素極性能への混合導電体の酸素欠陥の影響など、貴重な知見は得られており、基礎的な研究成果が得られつつある。今後はさらに研究を深めるとともに高速界面イオン移動に必要な界面構造を明らかにし、その界面を設計、実証する。 |
| リチウム電池や燃料電池の内部で起こる電気化学的反応において、電子のみでなくイオンも同時に界面を移動し、そのイオンの界面移動速度を高速化することによりエネルギー変換効率を上げるという研究目的は明快で研究手法も独創的であり、界面におけるイオンの挙動が明らかになりつつあることは基礎的な研究成果として高く評価できる。本研究で進めている界面近傍でのナノ領域の構造と界面イオン移動速度の研究は、固体イオニクス関連の研究者を刺激し、新しいジャンルの学問領域が形成されつつある。ただ、多方面からのアプローチのため研究が拡散している印象もあり、今後の研究において更に詳細に現象を解明することも必要かもしれないが、これまでの成果に基づき、電解質、電極の画期的新材料の開発に向けての取り組みを強めることが期待される。 |