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乾電池のように、使い切ったら終わりの電池を1次電池、車や携帯電話のバッテリーのように、充電して何度も使える電池を2次電池と呼びます。リチウム電池は、正極(プラス)、負極(マイナス)、電解質の3つから構成され、正極と負極は固体ですが、電解質には可燃性の液体が使用されています。そのため液漏れや発火の危険性があり、重大な事故につながることもあります。一方、固体の電解質を利用した全固体電池は、安全性に優れ、電気自動車などの大型バッテリーへの応用が期待されています。安全で、充電を繰り返しても劣化しない全固体電池をつくることが、わたしたちの電池研究の目標です。

バルクでは単結晶の合成が困難な物質であっても、薄膜の状態であれば単結晶ライクなエピタキシャル薄膜の作製が可能になる場合があります。わたしたちは、パルスレーザー堆積法や分子線エピタキシー法を用いて高品質なエピタキシャル薄膜の作製に取り組んでいます。エピタキシャル薄膜の表面構造を走査トンネル顕微鏡(STM)で観察し、X線回折や電子顕微鏡により薄膜内部の構造を評価します。また、それら薄膜を積層し作製した薄膜型の全固体電池を用いて、充放電動作、サイクル特性、交流インピーダンス法を用いた抵抗分離測定等の評価を行っています。

私たちは様々な化学反応、物理現象を原子レベルで理解することを重視し研究を行っています。それが企業では行うことのできない、大学ならではの取り組みであり、日本の将来を切り拓く人材を輩出するための大学の役割であると考えています。特に、固体の電解質を利用した全固体電池の研究を精力的に行っています。エピタキシャル薄膜を利用し、リチウムイオンが電池材料の中でどのような経路を移動し、充放電反応が進むのかを調べることにより、高性能な全固体電池を実現するための設計指針を明らかにしていきます。また、ナノスケールの構造体の物性にも着目し、1次元ナノワイヤなどのナノ磁性に関する研究も行っています。

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2021.03