| 研究課題/領域番号 |
21K14709
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分36020:エネルギー関連化学
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
工藤 朗 東北大学, 材料科学高等研究所, 助教 (90894296)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
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| キーワード | 光造形３Ｄプリンティング / 炭素材料 / 二次電池 / キャパシタ / 光造形３Dプリンティング（SLA） / 多孔質材料 / エネルギー材料 / 触媒 / 有限要素法 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、光造形３Dプリンティングを用いた次世代エネルギー材料の開発と、コンピュータシミュレーションによるその構造の最適化を目指す。複数のサイズの微細な穴を有する材料（階層的多孔質材料）をカーボンや金属炭化物を用いて作製し、二次電池の電極材料や水素合成の触媒として応用する。
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| 研究成果の概要 |
酸化マグネシウムを用いた鋳型法と黒鉛粒子の混合という２種類の方法で、別々のエネルギー材料へ応用できる階層的多孔質構造材料を作製することができた。前者はナトリウムイオン電池への応用を目指したが、高い比表面積が何かしらの理由で仇となってしまい、しかし構造的に強靭なキャパシタ材料として成果を上げた。後者はデュアルカーボン電池というポストリチウムイオン電池の正極材として機能を証明し、またX線マイクロCTによる構造解析を（問題点は多いながらも）導入して論文化を目指している。どちらも光造形３Ｄプリントによるマイクロ構造化が電気化学へ望ましい進歩を与えることを証明できた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
階層的な多孔質構造が電気化学分野の応用において物質の輸送と比表面積由来の反応速度を両立し、既存の薄膜電極などに対する優位性を持つことを証明できた。またその作製において、高い解像度を有する光造形３Ｄプリンティングは他の手段にない強みを発揮した。そもそも試作を目的とした３Ｄプリンティングだが、現在では最終製品を作製し社会実装するための研究開発が世界的に広まっている。とりわけ電気化学分野は持続可能な発展に大きく寄与することから、本研究は学術・社会的意義が大きいものと考える。
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