研究内容
金属空気二次電池の開発
はじめに
私達の取り組み
まず、我々の研究グループでは、酸素発生触媒の基礎研究に注力して、過電圧が低く、酸素発生反応に対する耐久性も高い触媒を開発することで、そのような触媒の決定因子を探索してきた。過去に研究例のある触媒だけでなく、電子材料などの一見、酸素発生触媒とは無関係に思われる材料についても、電子構造と結晶構造を物性物理の観点から探索し、その酸素発生触媒能を測定・評価してきた。
その結果、金属-絶縁体付近に位置する電子材料や、酸素欠陥を有する超伝導材料、パイロクロア構造を有する導電材料が酸素発生触媒として優れていることを発見している。また、触媒の金属空気二次電池での使用を念頭に、酸素発生反応にも酸素還元反応にも優れた触媒能を示すMn系の二元機能触媒を開発してきた。次に、金属空気二次電池への応用に向けて、酸素発生触媒とカーボンブラックの分散液を実際に正極に塗布したものを想定して、分散液のpHによって静電反発力の観点から粒子の分散制御を行い、酸素発生触媒能の最適化を行ってきた。その結果、粉体工学の考え方によって酸素発生触媒能の増強が可能であり、触媒粒子の大きさによって、その振る舞いを分類できることが分かってきた。さらに、このようにして設計した酸素発生触媒の分散液を正極に塗布した金属空気二次電池を組み、CO2の溶解が少ない酸性電解液の場合でも、安定して充放電が行えることを確かめている。

図1:我々の研究グループにおける酸素発生触媒の開発過程のイメージ図
今後の展開
- 助成金
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- 2017-18年度
- 旭硝子財団研究助成 研究奨励
- 2018年度
- ホソカワミクロン工学振興財団研究助成金
- 2019-20年度
- 公益財団法人 マツダ財団研究助成
- 2019-20年度
- 日揮・実吉奨学会研究助成金
- 2020年度
- 公益財団法人 寿原記念財団研究助成
- 2020-2022年度
- 科研費基盤B 20H02831
- 2020-2022年度
- 科研費基盤C 20K05657
- 成果
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研究論文:
S. Hirai, T. Ohno, R. Uemura, T. Maruyama, M. Furunaka, R. Fukunaga, W.-T. Chen, H. Suzuki, T. Matsuda, S. Yagi,
Ca1-xSrxRuO3 Perovskite at the Metal-insulator Boundary as a Highly Active Oxygen Evolution Catalyst,
J. Mater. Chem. A, 7 (2019) pp.15387-15394.大野智也、平井慈人、植村蓮、古中晶也、丸山尭弘、岩瀬琴乃、渡邉眞次、松田剛、鈴木久男
酸素発生反応及び酸素還元反応に対する(Ca0.5,Sr0.5)RuO3二元機能触媒粒子とカーボン粒子の凝集制御による触媒活性への影響
粉体工学会誌 56(2019) pp.382-388 .平井慈人、藤岡正弥、古中晶也、大野智也、松田剛、
LaPt5As超伝導体 - 酸素発生・還元反応に対する新しい二元機能触媒
Mater. Sci. Technol. Jpn. 55 (2018) pp.180-184..S. Hirai, K. Morita, K. Yasuoka, T. Shibuya, Y. Tojo, Y. Kamihara, A. Miura, H. Suzuki, T. Ohno, T. Matsuda and S. Yagi
“Oxygen vacancy-originated highly active electrocatalysts for the oxygen evolution reaction”
J. Mater. Chem. A, 6 (2018) pp. 15102-15109..S. Hirai, S. Yagi, W.‐T. Chen, F.‐C. Chou, N. Okazaki, T. Ohno, H. Suzuki and T. Matsuda,
“Non-Fermi Liquids as Highly Active Oxygen Evolution Reaction Catalysts”
Adv. Sci. 4 (2017) pp.1700176 (1-7)..S. Hirai, S. Yagi, A. Seno, M. Fujioka, T. Ohno and T. Matsuda
“Enhancement of the oxygen evolution reaction in Mn3+-based electrocatalysts: correlation between Jahn-Teller distortion and catalytic activity”
RSC Adv. 6 (2016) pp.2019-2023..“Enhancement of the oxygen evolution reaction in Mn3+-based electrocatalysts: correlation between Jahn-Teller distortion and catalytic activity”
RSC Adv. 6 (2016) pp.2019-2023..など