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鳥取大学 工学部の教員によるミニ講義

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化学電池をより高性能に! ~身近な元素を生かした新材料開発~

未来の生活を支える化学電池

 環境に優しい電気自動車は、世界で急速に普及しています。また、家庭や企業が太陽光パネルなどで発電し余った電気は電力会社へ供給するといった、スマートグリッドと呼ばれる次世代の電力供給システムも注目されています。このように電気の役割が拡大する中、その欠点は大量に長時間蓄えるのが難しいことです。
 電気を化学エネルギーとして長く安定的に蓄えることができるのが化学電池です。中でも、充放電できる蓄電池(二次電池)は重要で、性能を高めることが求められています。リチウムイオン電池は、蓄電池の代表です。

ケイ素を使った新しいリチウムイオン電池の開発

 従来のリチウムイオン電池には、負極に黒鉛が使われています。この負極に、理論的には黒鉛の10倍ものエネルギーを蓄えられるケイ素を利用する研究が進んでいます。しかし、ケイ素は硬い上に大きく膨張する性質を持っているため、壊れやすいという難点があります。そのため、充放電を繰り返すと蓄えられる電気容量が急激に低下してしまうのです。この欠点を補おうと研究されているのが、ほかの物質との複合化です。ケイ素の欠点を緩和させるほかの物質を、いくつかの段階を踏んで複合化することで、蓄電容量の低下を大幅に改善することに成功しています。

ナトリウムイオン電池への高まる期待

 大量に普及しているリチウムイオン電池ですが、実はリチウムは南米など限られた場所でしか採取されておらず、資源の面で心配を抱えています。そこで、リチウムの代わりに、入手が容易なナトリウムを利用しようという研究も進んでいます。しかし、リチウムに性質がかなり似ているナトリウムですが、実際にはイオンのサイズが違うので、リチウムイオン電池と同じ電極材料では充放電反応がほとんど進行しません。この問題を新材料開発でクリアしナトリウムイオン電池を実用化する研究は、国家プロジェクトにも取り上げられています。海水中に無尽蔵に存在するナトリウムを利用する蓄電池の開発に、大きな期待が寄せられているのです。

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この学問が向いているかも 応用化学、材料化学、電気化学


工学部 化学バイオ系学科 教授
坂口 裕樹

先生の著書
メッセージ

 人生において、チャンスは誰にでも平等にあります。しかし、それがチャンスかどうかは「知識」を持っていないと気づきません。次に、チャンスだとわかっても、それを捕まえる「知恵」がなければ手にはできません。さらにもう一つ必要なのは、それを実行する「勇気」です。勇気を持てなければ、チャンスは通り過ぎて行ってしまいます。
 チャンスを得られないことをほかの人のせいにするのではなく、自分自身を高めてください。特に若いうちに、無駄だと思える経験もたくさん重ねていく中で、チャンスを自分のものにする力が養われるのです。

先生の学問へのきっかけ

 工学には、「学問として学ぶ面白さ」と、それが最終的には人々の「生活に役立つ製品になるというやりがい」の両方があります。無機材料を専門にしたのは、数多い無機元素の一つひとつに化学が存在し、その中から自分も何か新しいものを生み出せるかもしれないと思ったからです。やるからには、第一人者になりたいという思いを持っています。
 また幼い頃から、研究に携わる大人たちが周りにいて、研究の面白さ、無から有を生み出す苦しさ、生み出した時の喜びを、彼らを通して肌で感じながら育ったことも、研究の道にすすんだ要因です。

先輩たちはどんな仕事に携わっているの?

化学メーカー、素材メーカー、電池メーカー、電機メーカー、自動車メーカー(研究・開発)/大学教員(研究・開発)/公務員(化学)

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