基幹工学部環境生命化学科
※2025年４月より、応用化学科から学科名称変更予定研究室紹介
「原子レベルの微視的視点で考える」
ようこそ固体電気化学研究室へ。私たちは様々な化学反応、物理現象を原子レベルで理解することを重視し研究を行っています。それが企業では行うことのできない、大学ならではの取り組みであり、日本の将来を切り拓く人材を輩出するための大学の役割であると考えています。特に、固体の電解質を利用した全固体電池の研究を精力的に行っています。エピタキシャル薄膜を利用し、リチウムイオンが電池材料の中でどのような経路を移動し、充放電反応が進むのかを調べることにより、高性能な全固体電池を実現するための設計指針を明らかにしていきます。また、ナノスケールの構造体の物性にも着目し、1次元ナノワイヤなどのナノ磁性に関する研究も行っています。
主な研究紹介
全固体電池を実現する
リチウム電池は、正極（プラス）、負極（マイナス）、電解質の3つから構成されています。電解質を通って、リチウムイオン（Li+）が正極と負極の間を行き来することにより、充電と放電の反応が起きています。正極と負極は固体ですが、電解質には可燃性の液体が使用されています。そのため液漏れや発火の危険性があり、重大な事故につながることもあります。そして、固体の電解質を利用した全固体電池は、安全性に優れ、電気自動車などの大型バッテリーへの応用が期待されています。また、電気自動車の普及によって、エネルギー・環境問題の解決につながることも期待されています。安全で、充電を繰り返しても劣化しない全固体電池をつくることが、わたしたちの電池研究の目標です。
エピタキシャル薄膜の合成
バルクでは単結晶の合成が困難な物質であっても、薄膜の状態であれば単結晶ライクなエピタキシャル薄膜の作製が可能になる場合があります。薄膜合成では、薄膜の元となる材料を高温に加熱して気化し、基板上でエピタキシャル成長させる手法が一般的です。わたしたちは、パルスレーザー堆積法（Pulsed Laser Deposition, PLD）や分子線エピタキシー法（Molecular Beam Epitaxy, MBE）を用いて高品質なエピタキシャル薄膜の作製に取り組んでいます。エピタキシャル薄膜の表面構造を走査トンネル顕微鏡（STM）で観察し、X線回折や電子顕微鏡により薄膜内部の構造を評価します。また、それら薄膜を積層し作製した薄膜型の全固体電池を用いて、充放電動作、サイクル特性、交流インピーダンス法を用いた抵抗分離測定等の評価を行っています。
