測定中の電池たち
放射光施設での測定の様子

電池やキャパシタといった蓄電デバイスは、私たちの日常生活に欠かせない存在となっています。より多くの電気を蓄え、繰り返し充電できるデバイスを実現するためには、さまざまな電極材料を比較するだけでは不十分です。放電・充電中に電極内部でどのような反応が起こっているのかを、多角的な測定を通じて把握する必要があります。このように、実際の動作環境下でデバイスの状態を計測する手法は「オペランド測定」と呼ばれます。
　私たちの研究対象は、電気を蓄える「電気化学キャパシタ」や、空気中の酸素を活用する「空気電池」などの蓄電デバイスです。いずれも多孔性炭素材料をベースとした電極が使用されますが、それぞれのデバイスに求められる特性は大きく異なります。
　私たちの研究室では、炭素材料の合成からデバイスの組み立て、さらにはX線などを用いたオペランド測定まで、一貫して行うことができる点が特徴です。これにより、電極の耐久性向上や電力利用効率の改善を目指しています。なお、市販されていない測定機器も多いため、自作した測定システムを数多く活用している点も本研究の特色の一つです。

研究室についてSTUDENT
放射光実験の様子
毎年GW最初に開催のBBQ
助教 畠山 義清 HATAKEYAMA yoshikiyo
研究キーワード 空気電池，キャパシタ，金属ナノ粒子，多孔質炭素材料，X線吸収分光，小角X線散乱
研究分野 エネルギー関連化学
主な研究テーマ
  • リチウム空気電池正極の最適構造探索
  • リチウム空気電池正極のオペランド構造解析
  • 電気二重層キャパシタの蓄電機構・劣化過程追跡
研究概要

リチウム空気電池や電気二重層キャパシタにおいて，機能と電極構造の変化に関する研究を行っています。研究室ではオリジナルの炭素材料や改質法が研究・開発されてきているため，これらを生かし電極の細孔構造や材料特性が機能に及ぼす影響を明らかにすることが目的です。また，これまで培ってきた放射光を用いた構造解析テクニックにより，充放電状態における各種オペランド測定を時間分解で行っています。実運転状態にある電極の構造解析を行うことで，電極内で起こる様々な変化を追跡することが可能になっています。
提供できる技術 ・応用分野
  • 時間分解測定（小角・広角X線散乱，X線吸収分光）
  • 金属ナノ粒子，合金ナノ粒子，ナノ粒子担持体調製
  • 多孔体の細孔構造解析
  • 電極特性の評価
主要な所属学会

炭素材料学会，電気化学会，日本化学会，分子科学会，日本表面真空学会，イオン液体研究会
論文
  • Investigation of the Effect of Load Weight on the Discharge Capacity of Lithium–O₂ Batteries Using Carbon-Paper–Based Electrodes, J. Enegy Storage., 91, 111974 (2024).
  • Tracking Structural Changes of Carbon Nanotube Electrodes for Lithium–Air Batteries by Time-Resolved Operando Wide- and Small-Angle X-ray Scattering, J. Phys. Chem. C, 126, 15094 (2022).
  • Effect of the Thickness of Single-Walled Carbon Nanotube Electrodes on the Discharge Properties of Li–Air Batteries, J. Electroanal. Chem., 878, 114603 (2020).
受賞歴
  • 第28回横山科学技術賞（2024年）
  • 第29回山下太郎研究奨励賞（2018年）
最終更新日：