研究内容

固体イオニクス

　“堅い固体の中をイオンが動く”と聞くと、不思議に思うかもしれません。しかし、材料の構造や内包する欠陥種を適切に設計・制御することで、固体材料にイオン伝導性を持たせることが可能であることが知られています。近年、固体イオニクス材料は蓄電池や燃料電池、触媒など、エネルギー貯蔵・変換デバイスに応用されており、エネルギー環境問題解決の中核を担う材料としてさらなる開発が望まれています。固体イオニクスは固体中のイオン伝導とそれに伴う電気化学現象を扱う学問であり、上記技術を支える重要な基礎学理となっています。当グループでは、固体イオニクスを学術基盤として、蓄電池や触媒、新規合成技術開発など複数の研究テーマに取り組んでいます。

　余談になりますが、“固体イオニクス (Solid State Ionics)”という言葉を創り、世界に広めたのは、名古屋大学名誉教授 高橋武彦先生です。固体イオニクス発祥の地ともいえる名古屋大学で、世界を相手に研究に取り組んでみませんか？

高密度エネルギー貯蔵技術の開発　～蓄電池電極材料～

　現在、スマートフォンやノートPC、電気自動車などの電源としてリチウムイオン電池が使われています。リチウムイオン電池は現代社会を支える極めて優れた蓄電池なのですが、さらなる高エネルギー密度化、安全性・信頼性の向上が望まれており、先進型リチウムイオン電池やナトリウムイオン電池などの次世代型蓄電池の開発が世界的に進められています。蓄電池はエネルギー貯蔵機能を持った電極材料（正極、負極）、イオン伝導性を有した電解質、セパレーター等により構成されています。当グループでは、固体イオニクスや無機固体化学などの学理に基づいて、高エネルギー密度と優れた信頼性を両立する電極材料の開発、電池材料の開発を支える基礎学理の構築に注力しています。材料中の欠陥構造が電池特性に与える影響の解明、格子酸素が脱離する現象の理解、など、固体イオニクスを基盤として、従来的な電池研究とは異なるユニークな研究を展開しています。

高効率物質変換技術の開発　～電解触媒～

　水素は究極のクリーンエネルギーの一つとされていますが、その製造、貯蔵、運搬については多くの技術課題が残されています。当グループでは水電解による水素製造に注目しており、水電解の最大の技術課題である酸素発生（Oxygen Evolution Reaction: OER）触媒の開発に取り組んでいます。水電解では正極で水素発生が、負極で酸素発生が起こりますが、酸素発生反応が全体の電解反応の速度を決定づけています。つまり酸素発生反応を促進することが水素生成反応の効率化に直接的に寄与しているため、高性能なOER触媒が必要とされています。我々は固体イオニクスに基づいて触媒特性を決定づける反応プロセスの解明とそれに基づく電解触媒の開発に取り組んでいます。

電気化学を応用した欠陥制御技術の開発

　環境問題の解決やSDGsの実現に向けて、無機機能性材料の開発は極めて重要な技術課題です。このためには既存の材料合成技術の高度化だけでなく、既存技術の延長線上に無い革新的な材料合成技術の創出が必要不可欠となります。当グループでは、イオン伝導体により構成される電気化学セルをリアクターとして材料合成に応用することを着想し、電気化学的に欠陥構造を制御した新材料の開発に取り組んでいます。本技術は、電圧印加という簡便な操作により、従来技術では実現できない極限的な反応条件（高化学ポテンシャル環境）を実現できることが原理的な優位性であり、新材料探索、機能増強、新機能付与など、材料科学分野に飛躍的な進歩をもたらすことが期待できます。