研究室・教員紹介

 

工業分析及び無機工業化学第二研究室(田中研)

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人類の持続的繁栄に向けた発電/蓄電デバイスの開発
エネルギー問題に対する危機感の広がりと共に、クリーンかつ高効率な発電システム、信頼性に優れた蓄電システムの迅速な普及が望まれています。本研究室では、元素とプロセッシング手法の多様性によりあらゆる機能を生み出すことが可能な無機材料をベースに、燃料電池や二次電池を始め、キャパシタや振動発電機に至る様々な発電/蓄電デバイスの開発を行っています。論理的に真理を追究する姿勢と、大胆な発想でモノを創る姿勢を共に大事にしつつ、人類の持続的繁栄に貢献する次世代デバイスを世に送り出すため日々頑張っています。

研究テーマ

1≫ 固体酸化物型燃料電池(SOFC)関連材料
 ⇒ 中温
500~600℃)作動型次世代固体電解質の開発

貴金属触媒が不要で発電効率が高く、燃料選択幅が広いといった様々な利点を持つSOFCは、今後需要を伸ばしてゆくものと考えられます。ただし、駆動温度の高さ(800~900℃)に起因する、システム構成材料の限定や、起動・停止レスポンスの悪さといった課題もあり、今後も改良を加えてゆかなければなりません。

◎フレキシブルな骨格を有し、特異なイオン伝導特性を発揮することが期待される「アパタイト型酸化物」をベースとして、500~600℃で良好な導電性を示すような固体電解質(酸化物イオン伝導性セラミックス)の開発を目指しています。


2≫ 固体高分子型燃料電池(PEFC)関連材料
 ⇒ 白金削減技術の確立/脱白金触媒の開発

PEFCは各種燃料電池の中でも安全性に優れ、小型軽量化も容易であるため、移動電子機器や自動車への応用に適した市場性の高いシステムです。ただし、駆動温度の低さ(60~80℃)に起因する、空気極側での大きな酸素還元反応抵抗が出力密度を下げる一因となっており、希少かつ高価な白金系触媒の使用量を抑えつつ触媒活性(反応速度)を飛躍的に高める技術の確立が求められています。

◎触媒活性の飛躍的向上をもたらすような「セラミックエレクトレット*」触媒担体の開発や、白金を凌駕する活性を有するような特殊カーボン系触媒、電子欠陥導入酸化物系触媒の開発という観点から、白金削減/脱白金を目指しています。
*静電気を半永久的に保持することのできる材料

◎ PEFCの酸素還元反応速度向上に直結する「中温(150~300℃)駆動型PEFC」の実現に向け、金属水和物をベースとした中温駆動型固体電解質(プロトン伝導性セラミックス)の開発を目指しています。

3≫ 振動発電システム関連材料
 ⇒ 静電式環境振動発電用セラミックエレクトレットの開発

日常生活においては、人間や輸送機の移動などにより1~100 Hzの低エネルギー振動(環境振動)が常に発生しています。最近、公害と見なされていたこの環境振動を電力源として利用する技術の開発が活発化してきました。ただし、出力密度が微小であるため、未だ本格的な普及には至っていません。

◎ 「エレクトレット」を利用する振動-電力変換方式である「静電式振動発電システム」の飛躍的な出力密度向上に向け、高い表面電位を安定に保持する革新的なセラミック製エレクトレット発電素子の開発を目指しています。


4≫ 機能性無機セラミック材料の新規創成とその応用

本研究室の最新技術、オリジナル技術を駆使して、これまでにない新たな構造、電気的機能を有する無機材料を創成し、エネルギーデバイスへ応用していこうという非常にチャレンジングなテーマ群です!

セラミックエレクトレット紛体・薄膜の創製
利用技術:イオン伝導体の界面分極・部分電荷注入技術の利用
応用:電極触媒用担体、不揮発性メモリ、アクチュエーター...

カーボンナノ構造体・高配向カーボンナノチューブの創製
利用技術:液相一段合成(液中抵抗加熱)法
応用:電極触媒、二次電池/キャパシタ用電極、水素吸蔵材料...