現在から近未来の自動車や住まい、人体の機能回復に 画期的な進展を実現する新型電池の開発で社会に貢献

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現在から近未来の自動車や住まい、人体の機能回復に
画期的な進展を実現する新型電池の開発で社会に貢献

2020.03.01

提供:静岡理工科大学

現在から近未来の自動車や住まい、人体の機能回復に
画期的な進展を実現する新型電池の開発で社会に貢献

静岡理工科大学 東城友都講師は、⼀つの元素にいくつもの同素体が存在し、色や硬さ、電気の伝わりやすさなどの物性が異なるため、用途によって使い分けることができることに着目。既存材料の物性を超える可能性が十分にあると考え、さまざまな元素の同素体の利点を組み合わせる、または欠点を補うように材料を構築することで、目標とする物性を示すかを調査しています。そうしてできた新奇材料を用いて、環境・エネルギー問題の解決に役立てられるような電池の開発などを実施しており、ここでは代表的な事例を紹介します。

この記事をまとめると

  • 静岡理工科大学では、カーボンナノチューブを用いた、新型電池の研究に取り組んでいる
  • 地球環境に、人間の身体にもやさしい、先進テクノロジーの開発に挑戦
  • 失われた聴力や視力を取り戻す、未来の医療に欠かせないデバイスに

大容量で安全かつ長寿命、充電時間を短縮できる二次電池を探求

地球温暖化への対策を例に出すまでもなく、現代社会においてエネルギーは脱・化石燃料へと移行しています。自動車の動力もガソリンなど化石燃料を使うエンジンから電気を使うモーターと併用するハイブリッドカー、さらには電気モーターのみの電気自動車へと進化しようとしています。
自動車や住宅に電力を生み出すための太陽電池パネルを設置する場合には、充電と放電を繰り返す二次電池が欠かせません。社会全体がスピーディーに充放電可能で大容量、しかも高い安全性を備えた二次電池を求めているのです。
東都講師は、こうした社会のニーズに応えるカタチで、二次電地の性能を高める研究をゼミの学生とともに実施。大容量化を基本に据えながら、より一層の安全性や長寿命化、充電時間の短縮についても追求しています。

大きな飛躍を求めて、異なる材料を探究するアプローチを展開

⼆次電池の性能は、正極、負極、電解質の材料で決まります。研究開発には「既存バッテリーの性能を理論的な限界まで⾼めるアプローチ」と、「⼤きな⾶躍を求めて異なる材料を探究するアプローチ」があり、東城講師は後者に取り組んでいます。また、東城講師らの研究グループは、頑丈で通電性が⾼く、10億分の1メートルという極細のカーボンナノチューブ内部に⾚リンを詰めて、保持する仕組みを考案。それに並⾏して、電解質内を移動するイオンとしてリチウムではなく、マグネシウムやカルシウムを使う研究にも着⼿しました。原理的には2倍の電流を流せることになりますが、マグネシウムイオンはリチウムイオンよりも重く、カルシウムイオンはリチウムイオンよりも大きく重いため、移動させにくいデメリットも…。このため実⽤的な⼆次電池を作るためには、電極の材質や構造を探索する必要があります。東城講師は「⼆次電池の開発は社会へのインパクトが⼤きい研究テーマなので、やりがいがあります。若い⽅には、ぜひとも研究に参加してもらいたいですね」と話されています。

イオンの通り道を再構築して、音が聞こえる仕組みを蘇らせる

東城講師による電池の研究は、⽣物の機能で発電する⽣体電池にも及びます。応⽤範囲は広く、聴覚の回復にもつながる可能性があります。⼈間が⾳を認識できるのは、内⽿の蝸⽜内にある有⽑細胞が⽣み出す電気信号が脳に伝わるからです。電気を発⽣させるには、イオンを有⽑細胞へ通す道が必要で、これが機能しなくなると発電できず、⾳が聞こえなくなるのです。そのイオンの通り道を再構築しようというのが東城講師の考えです。イオンの通り道の素材には、極細で強固なカーボンナノチューブが候補にあげられています。試⾏錯誤の末、現在は切り⼝の異なる2本のチューブをつなげたモデルを用いて、⽣体イオンの移動シミュレーションを⾏なっており、かなり有望であると⾔います。この新奇材料を細胞内に馴染ませる技術ができれば、⽿が不⾃由な⽅が⼤きなデバイスや埋め込み式の機械なしで⾳が聞こえるようになります。⽬の桿体細胞膜への応⽤も考えられるなど、未来の医療に⽋かせない存在になると予測されます。エコロジカルな観点から、また⾼度医療の分野からも注⽬を集める東城講師の研究活動は、⼈々のより豊かな暮らしを⽀えるべく着実に進歩を続けています。

【広告企画】提供 : 静岡理工科大学

この記事のテーマ
工学・建築」を解説

工業技術や建築技術の発達は、私たちの生活を画期的に快適で安全なものに変えてきました。先人たちの生み出した知恵に新しい技術をプラスすることで、その進歩はいまも日々、進んでいます。インフラの整備や災害に強い街作り、エネルギー効率の高い動力機械や高い知能を持ったロボットの開発など、工学や建築に求められるものはますます増えるでしょう。自然との共生も大きなテーマです。理系の中でもより実地的な分野だと言えます。

「工学・建築」について詳しく見る

この記事で取り上げた
「電気工学」
はこんな学問です

電気をエネルギーとして捉え、発生などの性質を研究して応用に結び付ける学問。電磁界や電気回路、電気システムの理論を学び、これらの応用について研究を進める。電気エネルギーの発生や変換を研究して活用方法を考える領域や、超電導応用の領域、制御・計測についての領域もある。石炭、石油に代わる新しいエネルギー資源として、地球環境に関することなども学習、研究し、これからの社会を支える学問でもある。

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この記事で取り上げた
「電子工学」
はこんな学問です

情報の伝達処理における電気や電子の流れについて学び、研究する学問。電気の性質を解明して、スピーディーな情報伝達手段に活用することが目的である。基礎として、計測制御技術、電子回路、デジタル回路の知識と技術を学び、半導体による電子回路技術や電子デバイスシステムなどの応用研究を行う。ハイテク産業への応用研究には、情報通信技術、光デバイス、ロボット開発などがあり、現代社会に欠かせない技術開発を担っている学問といえる。

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この記事のテーマ
情報学・通信」を解説

情報通信産業には、通信業、放送業、情報サービス業、インターネット付随サービス業、映像・音声・文字情報制作業の5分野があります。近年は各分野の垣根が取り払われつつありますが、なかでも注目されているのが、インターネットに代表されるコンピュータを介した情報通信工学でしょう。高度に情報化が進んだ現代において、安全保障や経済政策はもちろんのこと、日常生活に至るあらゆるシーンで必要とされる、活躍の場の広い学問です。

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この記事で取り上げた
「情報工学」
はこんな学問です

情報工学の研究対象は、コンピュータ端末のハードとソフトに始まり、情報通信を数学的に考察する情報理論、さらにさまざまな通信技術、マルチメディア技術に及ぶ。研究する分野も幅広く、コンピュータを設計してコンピュータシステムを構築する「計算機工学」、情報システムの設計・プログラミング・データベースなどを扱う「ソフトウェア」、現実の問題をコンピュータと数学を用いて解決する「数理情報工学」などがある。

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