プロジェクト

科研費 新学術領域研究(領域代表)
蓄電固体デバイスの創成に向けた界面イオンダイナミクスの科学
(R1年〜R5年度(予定))

 固体内で電子・ホール以外にイオンが動く蓄電固体材料(電極・固体電解質)の界面近傍では、イオンの活量・濃度が固体本来から変調し、特異的なイオン輸送・蓄積現象が生じます。本領域は、この「界面イオンダイナミクス」のしくみを明らかにする「蓄電固体界面科学」の学理構築を目的としています。この学理は、近年注目されている全固体電池や全固体キャパシタなどの「蓄電固体デバイス」の高性能化のための界面設計戦略の構築にも有用です。
 この界面イオンダイナミクスには電気的・化学的・力学的・電気化学的因子が複雑に関わっていると考えられます。本領域では、蓄電固体材料を扱ってきた従来学域(電気化学、固体イオ二クス、材料化学)と、近年発達してきた最先端・新興学域(薄膜工学、高度計測、計算・データ科学)との有機的な連携により学理構築を進めます。
 詳しくは(https://interface-ionics.jp/index.html)をご覧ください。

NEDO 先進・革新蓄電池材料評価技術開発(第2期)
(H30年〜R4年度(予定))

 市場競争力を有した全固体リチウムイオン電池(LIB)及びそれを搭載したEV・PHEVの実用化・量産で海外に先行し、我が国の産業競争力を維持・向上することをねらい、産業界の共通指標として機能する全固体LIBの材料評価技術の開発に関する研究です。 本研究室は、電極活物質の高容量化に関する研究を担当しています。

NEDO 革新型蓄電池先端科学基礎研究事業(RISING2)
ジョブシェアリング型金属電極活物質の設計と開発
(H30年〜R2年度(予定))

 ガソリン車並みの走行性能を有する普及価格帯のEVを実現するためには、リチウムイオン電池の性能を凌駕する革新型蓄電池の実用化が必要です。その中の一つとして、全固体フッ化物電池が注目されています。  本研究室では、その電極活物質の高性能化に向けて"ジョブシェアリング型"の金属電極活物質の開発を行っています。

KRI 萌芽研究
IoT社会を支える酸化物薄膜全固体リチウムイオン電池の開発
(H30年〜H31年度(予定))

 あらゆる“モノ”がインターネットとつながり、多様なセンシングデバイスを通じてデータの蓄積、解析が行われ、“モノ”が制御される。これによって、様々な社会課題の解決や新たな社会価値の創出が可能となる、いわゆる“IoT社会”が到来しつつあります。
 本研究室では高齢化社会を見据えたヘルスケアとIoTのつながりに着目し、安心・安全なIoTデバイス用の酸化物薄膜全固体リチウムイオン電池の開発を行っています。現在までに、全常温成膜プロセスを用いて、Li金属負極を“その場析出”させた“フレキシブル薄膜電池”の開発に成功しています。


手首に装着して青色LEDを点灯
ウェアラブルヘルスケアデバイスの電源として期待!

ALCA-SPRING (ALCA-Specially Promoted Research for Innovative Next Generation Batteries) 全固体電池チーム (平成28年度末〜)

 H28年末にALCA蓄電デバイス分科会からALCA-SPRINGに所属変更しました。
蓄電デバイス分科会では、エアロゾルデポジション法を用いた電極ー固体電解質の低抵抗な複合電極を構築する研究に携わり、100℃で安定した充放電反応が可能な酸化物系のバルク型全固体電池を開発しました(下図)。
 この知見を活かし、ALCA-SPRINGでは全固体電池の低抵抗化・高性能化に関する研究開発を担当しています。

革新型蓄電池先端科学基礎研究事業(RISING)
NEDO (H20〜H27年度 予定) 再委託研究

ファインセラミックスセンターからの再委託研究です。全固体電池を透過型電子顕微鏡内部で充放電し、その際に電極/固体電解質の界面近傍で生じる電位分布を電子線ホログラフィー法を用いて"その場"測定します。これを用いて、界面抵抗の支配因子の解明、電池の劣化機構の解明 などの研究を進めています。


"その場"電子線ホログラフィー法でとらえた 正極(LiCoO2)/固体電解質界面の電位分布図。

「低炭素社会のためのs-ブロック金属二次電池」
JST-CREST (H20-25年度 予定) 共同研究者

風力発電・太陽電池など自然エネルギーの安定供給をはかるためには、ポストリチウムイオン電池を指向した長寿命かつエネルギー密度の高い新しい電池の創出が必要です。本研究プロジェクトでは、s−ブロック金属を負極とした電池の構築を目標としています。

本研究室はリチウム金属を用いた全固体二次電池に関する研究を担当しています。リチウム金属は、従来のグラファイト負極に比べて10倍程度大きな重量エネルギー密度(mAh/g)を有し、電池のエネルギー密度を高めるために非常に有望な材料です。本研究では、固体電解質上で起こるリチウム金属の析出溶解反応機構の解明、その低抵抗化、安定化に向けた研究を進めています。

「その場形成概念に基づく高出入力型全固体電池の創成」
JST-ALCA (H23-28年度 予定) 研究代表者

バルク性能を有する酸化物系全固体リチウム二次電池の高出入力化に向けて、"その場形成"という新概念に基づいて革新的な界面抵抗の低減を実現します。電極活物質粒子間での固体電解質の"その場形成"、電極/固体電解質界面のイオン移動抵抗を低減する遷移相の"その場形成"、固体電解質からの電極活物質の"その場形成"等、材料が"その場形成"される物質創成反応を固固界面での高強度で低抵抗な接合形成の駆動力に活かします。これにより、酸化物系のバルク型全固体リチウム二次電池内部のイオン移動抵抗を飛躍的に低減する技術を開発します。


積層型のバルク型全固体電池の模式図(左)と、そのエネルギー密度試算図(右)。
正極層内部および正極層/固体電解質界面を高強度で低抵抗に接合する技術が必要。


Li7La3Zr2O12(固体電解質)/LiCoO2(正極)界面に遷移相を"その場形成"すると、
界面抵抗率が二桁低減し、CVの酸化還元のピーク電位差が小さくなる。

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