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ヘテロ元素化学から未来エネルギーを考える

松見研究室 MATSUMI Laboratory
教授:松見 紀佳(Matsumi Noriyoshi)

E-mail:matsumijaist.ac.jp
[研究分野]
エネルギー材料の創出研究
[キーワード]
リチウムイオン2次電池、光電気化学的水分解、リチウム空気電池

研究を始めるのに必要な知識・能力

研究への意欲、知的好奇心、多少の失敗にひるまない楽観性、他のメンバーと協調的に研究を遂行できる適応性。また、以下は研究室に入る時点で必須ではありませんが、有機合成化学、高分子合成化学、電池関連化学、光化学などの経験や知識があればアドバンテージになります。

この研究で身につく能力

物質をデザインし、合成し、キャラクタライズする能力。実験データの意味を客観的に考察する能力。短期的、長期的に研究計画を立てる能力。報告書を作成したり、効果的にプレゼンテーションを行う能力、ディスカッション能力などがそれぞれ身につきます。さらには英語でコミュニケーションをとるための実践的能力を身につける場としても適しています。よりテクニカルな点では、嫌気下で様々な物質を有機合成し、NMR等で構造確認するスキル、イオン伝導性材料をインピーダンス測定などにより評価し、それらの電気化学的安定性を評価し、実際に電池を構築して充放電評価するスキルが身につくほか、光電気化学反応を電気化学的に評価するスキルを身につけることが出来ます。

【就職先企業・職種】 総合化学メーカー、繊維系メーカー及び他の素材メーカー、印刷系メーカー、機械系メーカーなど。

研究内容

1.リチウムイオン2次電池の課題解決を指向した電解質材料

 今日、リチウムイオン2次電池は各種モバイルデバイス用電源のみならず環境対応自動車向け電源や自然エネルギーバックアップ用電源、家庭向け電源として脚光を浴びており、スマートグリッドシステムの構築においても多大なる役割が想定されています。高いエネルギー密度を有するリチウムイオン2次電池ですが、同時に多くの課題も山積しています。従来型の電解質では一般にリチウムイオンの輸送選択性が低いことが課題です。そこで本研究グループではホウ素化学をはじめとするヘテロ元素化学を駆使し、アニオンレセプターや高解離性リチウム塩を導入した新規電解質を開発することにより、リチウムイオン輸送選択性向上への問題解決に挑んでいます。例えば、高分子化イオン液体にアルキルボラン骨格を導入することにより、アニオントラップ型電解質としてはこれまでで最も高いリチウムイオン輸率(0.87)を達成しています。
 同時に、重要な課題として挙げられるのが安全性の向上です。リチウムイオン2次電池においてはこれまで国内外において発火、爆発事故によるリコール報道が相次いできました。今後大容量化への社会的要求が大きなリチウムイオン2次電池において安全対応は急務であり、本研究グループでは難燃性電解質材料の設計と評価を通して、次世代電池の基幹的な電解質の創出を目指して研究を行っています。
 また、電池特性の支配因子である電解質―電極界面構造を設計・制御する試みや、負極用ポリマーバインダーの設計、次世代型ポストリチウムイオン2次電池として期待が大きいリチウム―空気電池用電解質・空気極の開発と評価など、蓄電池分野の諸課題に多様な角度から挑んでいます。

2.色素増感効果を利用した光電気化学的水分解による水素製造

 無尽蔵な太陽光を利用し、燃料を必要としない太陽光発電は、低炭素化技術の切り札として活発に研究が進められてきました。その一方で、太陽エネルギーによる貯蔵可能なエネルギーの生産方法として注目を集めているのが光電気化学的水分解による水素製造です。現状では、燃料電池などの燃料源として期待される水素ガスの大半は石油のクラッキングにより製造されており、よりクリーンで効果的な水素製造法の開発が求められています。代替的な手法である水の電気分解においては1.2Vの電圧の印加が必要であり、これを0.5V程度まで低減することに成功したのが本多―藤嶋効果として知られる光電気化学的水分解です。本研究グループでは、酸化チタンナノチューブと有機色素から成る複合電極を用いて光電気化学的水分解を更に効率的に行うことに取り組んでいます。

主な研究業績

  1. "Sacrificial reducing agent free photo generation of platinum nano particles over carbon/TiO2 for highly efficient oxygen reduction reaction", B. Rajashekar, R. Vedarajan, K. Okaya, K. Matsutani, N. Matsumi, Sci. Rep., 6 (2016) 37006.
  2. "Alternating poly(borosiloxane) for solid state ultrasensitivity for fluoride ion in aqueous media", P. Puneet, R. Vedarajan, N. Matsumi, ACS Sens, 1 (2016) 1198.
  3. "σ-p Conjugated copolymers via dehydrocoupling polymerization of phenylsilane and mesitylborane", P. Puneet, R. Vedarajan, N. Matsumi, Polymer Chemistry, 7 (2016) 4182.

使用装置

充放電評価装置
インピーダンスアナライザー
電気化学アナライザー
核磁気共鳴分光装置
ソーラーシミュレーター

研究室の指導方針

合成化学を基盤にしながら、リチウムイオン電池や光電気化学的水素製造など社会的要求の高い研究分野に果敢にチャレンジします。クリエイティブな発想力と失敗を恐れない実行力、社会貢献への意識などを有したバランスのとれた人材の育成を目指します。ヘテロな研究集団を目指していますので、様々なバックグラウンドを持った人材を歓迎します。入って来るメンバーの科学的知識レベルも様々でしょうが、2年間ないし5年間にそれぞれのレベルに応じて大きな成長と達成感、自信を味わって巣立っていただくことが目標です。

[研究室HP] URL:http://www.jaist.ac.jp/ms/labs/matsumi

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