未到エネルギー研究センター

次世代電池ナノ流動制御研究分野

  • (兼)教授徳増 崇

近年の地球温暖化問題、原発問題などから、クリーンなエネルギー源である太陽電池、リチウムイオン電池、燃料電池等の開発が世界的に急がれています。これら電池の効率を向上させ、コストを低下させるには、電池内部で起こっている反応物質の流動を把握し、制御することが必要不可欠ですが、電池内部はナノスケールレベルの非常に微細な構造の集合体により構成されているため、通常の実験・計算技術ではその流れの様相を正確に把握することができません。本研究分野では、このような電池内部の反応物質の「流動」、すなわち輸送現象をスーパーコンピュータを用いた大規模量子/分子動力学法により解析し、その現象の特性を把握し、影響を及ぼす支配因子を特定することによって、高効率・低コストな次世代電池の理論設計を行うことを目指して研究を行っています。

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 プロトン輸送現象解明のためのプロトンホッピングモデルの構築
 原子層堆積法および化学気相堆積法における成膜機構の反応性力場分子動力学研究
 生体分子システム内におけるタンパク質の液液相分離構造形成現象および選択的イオン透過現象に関する研究

固体高分子形燃料電池内物質輸送現象の量子/分子動力学的解析

固体高分子形燃料電池の撥水層・触媒層・高分子電解質膜はナノスケールオーダーの非常に微細な構造により構成されています。そのためその中を移動する物質の性質は通常の連続体理論を基礎とした計算では解析できません。本研究では固体高分子形燃料電池内部の物質輸送現象を、スーパーコンピュータを用いた大規模量子/分子動力学法により解析し、その結果を基に次世代の燃料電池の理論設計を行っています。
  • 固形高分子燃料電池内物質輸送現象の大規模分子シミュレーション

全固体電池内Liイオン輸送現象の量子/分子動力学的解析

Liイオン電池は自動車のバッテリーやスマートフォンなど、幅広く応用されていますが、可燃性があり、また充電時間が長い等の問題があります。Liイオン電池の液体電解質を固体電解質で置き換えた全固体電池はこのLiイオン電池の短所を解決する技術として、現在注目されています。この全固体電池を実用化させるには、固体電解質および正極/負極活物質内部のLiイオンの輸送特性を向上させる必要があります。本研究では、全固体電池の固体電解質や正極・負極の活物質内部におけるLiイオンの輸送現象を分子シミュレーションにより解明し、全固体電池の実用化に役立てています。
  • 固体電池内Liイオン輸送現象の大規模分子シミュレーション