都市環境科学研究科

分子応用化学域

金村 聖志

リチウム電池および燃料電池に関する研究

リチウム電池、燃料電池、三次元規則配列多孔体、全固体電池、電気泳動法、その場測定法

  • 金村 聖志

  • Kiyoshi Kanamura

  • 梶原 浩一

  • Kouichi Kajihara

  • 棟方 裕一

  • Hirokazu Munakata

研究概要

慣れ親しんだ蓄電池はいうにおよばず、リチウム電池が開発されなければ、おそらく携帯電話は、これほどまでに小型化と普及がかなわなかったはずだ。次世代エンジンとして期待されている燃料電池車の動力源もまた電池である。そんな電池産業にあって、技術面でもシェアでも世界一は日本だということは、あまり知られていない。金村聖志教授の研究室は、世界一の電池産業を材料研究の分野から支えている…といっても過言ではない。「最近はセラミックス、金属、高分子からなる三次元規則配列多孔体に関する研究を進めています」。金村研究室では、ナノレベルで規則的な孔を開けた材料を、次の世代の燃料電池やリチウム電池に利用する方法についても、すでに目処を立てている。「これまでの電池材料は、研究し尽くされた感があり、もっと小さくて、もっと高出力な電池を作るためには、そろそろ新材料への移行が必要だと思います。また、構造についても新しい考え方が求められています」。そのための『物作りのノウハウ』は、金村研究室にたくさんあるようだ。今日も、様々な試みが進められている。
燃料電池は化石燃料エンジンに代わる、新たな自動車の動力源として期待が高まっている。しかし、実用化がなかなか進まないのは、インフラの整備の遅れのほかに、装置そのもののコスト面での課題がクリアにならないからだ。金村研究室が開発に成功したメタノール燃料電池用セラミックス多孔体のプロトン伝導性膜は、従来の伝導性膜の約100倍もの特性を達成し、約100分の1のコストで、従来と同等以上の性能を発揮できることになる。またセラミックス多孔体による、液体をまったく使用しない電池(全固体電池)の作製も『そう遠くない日』に実現しそうな勢いである。

最近のトピックス

今後の展望

「メタノールを燃料とする燃料電池の特性向上のための、新規材料の創製を目指しています」。その一方で、金村研究室は、すでに実用化されているハイブリッドカーや電気自動車の電池について、従来のニッケル水素電池にかわる電池として、リチウム電池の将来性にも着目している。「リチウム電池は、もともと小型の電子機器などのために研究が進められてきましたが、そろそろ大きなものを動かすための動力源に使われてもいいころです。ニッケル水素電池より省スペースで、同等以上の性能が期待できますね。電池は人々の生活に欠かすことのできない黒子です」。より安全で、より高性能、より安価な電池が、現在も、そして将来も求められている。

リチウムイオン伝導性三次元規則配列多孔性セラミックスを用いた全固体リチウムイオン電池 リチウムイオン伝導性三次元規則配列多孔性セラミックスを用いた全固体リチウムイオン電池
多孔質膜にポリマー電解質を充填/結晶鋳型法により作製されたシリカ多孔体 多孔質膜にポリマー電解質を充填/結晶鋳型法により作製されたシリカ多孔体
産業界や自治体の課題のうちで、適用可能な例 リチウム電池、燃料電池、ガラス材料

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