現在の蓄電池の課題を解決する「次世代の蓄電池」の研究

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現在の蓄電池の課題を解決する「次世代の蓄電池」の研究

2021.05.01

提供:東京理科大学

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現在の蓄電池の課題を解決する「次世代の蓄電池」の研究

温暖化の取り組みの一つである「パリ協定」の枠組みを受け、日本は2030年までに、温室効果ガスの排出を、2013年度より26%削減を目標としています。そのような背景の中で期待されているのが、現在、ほとんどのスマホやPC端末に搭載されているリチウムイオン電池の弱点をカバーできるナトリウムイオン、カリウムイオン蓄電池の実用化です。電気自動車(EV)や電車・バス、メガソーラーシステム、風力発電用蓄電システムに応用できれば、日本のエネルギー事情は大きく改善される可能性があります。

この記事をまとめると

  • 生活になくてはならないリチウムイオン電池の可能性と課題
  • 次世代2次電池の研究開発で世界的な注目を集める駒場研究室
  • 理学の研究者には趣味を楽しむ余裕とバランス感覚が必要

リチウムイオン電池を構成するのは確保が困難なレアメタル

今、皆さんの暮らしになくてはならないスマートフォンやPCなどの端末には、充電によって繰り返し使える2次電池――リチウムイオン電池が搭載されています。大容量・高出力化によってその用途は現在、ハイブリッド自動車にまで達していて、今後、電気自動車(EV)の量産が進めば開発コストが下がり、バスや電車、港湾クレーン、メガソーラーシステムへと用途を拡大できる可能性があります。

しかし、そのためにはレアメタルへの依存という課題を克服しなければなりません。リチウムイオン電池の構成元素であるリチウム、コバルト、ニッケル等は、世界的に希少価値が高いレアメタル資源。地球上の埋蔵量からは世界中の自動車が電気自動車になっても対応できると言われていますが、資源の乏しい日本が楽観できる状況ではありません。では、日本はレアメタルへの依存をどうクリアし、脱化石燃料をめざせばいいのでしょうか。

誰もが素通りする場所を掘ったら無限の可能性が埋まっていた

「リチウムより重いナトリウムを次世代電池の候補にするのはナンセンスだ。意味がない」
留学先のフランスでそう言われたとき「化学はやってみなければわからない」と奮起、日本に帰国し、無尽蔵の資源で急速充放電と蓄電池の大型化に適しているナトリウムで、リチウムの置き換えが可能なことを実証したのが東京理科大学・理学部第一部・応用化学科の駒場慎一教授です。

2015年には、ナトリウムよりも急速充放電性能に優れたカリウムイオン電池の開発にも成功。「実用化までの道のりは長いですが、これをスマホに搭載すれば、これまでの10分の1の時間でフルチャージが可能になるというデータが出ています」と駒場教授。
実用化するには多くの課題がありますが、ナトリウム、カリウムイオン電池に加え、リチウムイオン電池についても高エネルギー化、高出力化、長寿命化をテーマに、応用研究をおこなっています。

充実した環境で「終わりのない創作活動」に打ち込める研究室

東京理科大学 駒場 慎一 教授

東京理科大学 駒場 慎一 教授

外国籍の博士研究員や大学院生を含み常時25~30名が在籍する研究室での活動は、自身で決めたテーマに関連する英語論文を徹底的に読み込むことから始まります。その一方で、正極・負極材料の合成・解析、試作電池の評価を繰り返し、研究室内で議論を重ね、そのまま進むか、別の道を探すのかを考えます。行き詰まるような場面にも直面しますが、「研究に没頭するだけではダメです」と駒場教授は話します。「理学の研究は終わりのない創作活動のようなもの。そのなかで向上⼼を維持するには、趣味を楽しむ余裕とバランス感覚が必要なのです」。
さらに、国際学会での論文発表や企業との共同研究なども実施しています。研究室の中だけではなく、積極的に外に出て経験を重ねる中でセンスを磨き、基礎研究を推進しています。皆さんも駒場研究室でグローバルな視野を広げながら、次世代の蓄電池の研究に向き合ってみませんか?

【広告企画】提供 : 東京理科大学

この記事のテーマ
数学・物理・化学」を解説

私たちの周りにある自然界のさまざまな事象や物質が、どのように誕生し、どのような仕組みで存在しているのかを探る学問です。 物理や化学は森羅万象の構造や性質・法則・変化を探求する分野として、数学はそうした物理や化学を習得する基礎として学び、未知の領域への研究と原理の解明を進めていきます。

「数学・物理・化学」について詳しく見る

この記事で取り上げた
「化学」
はこんな学問です

身のまわりにある物質の原子・分子構造を解明して理解し、新しい物質をつくることにもつながる学問。無機化合物の構造を解明する「無機化学」、エネルギーなどの熱力学量の観点から物質を解明する「物理化学」、新たな化合物をつくる「応用化学」など、研究範囲は広い。クリーンエネルギーや医療への活用など、人の未来にとって大切な役割を担う学問といえる。化学製品や食品、薬などの製造業へ進む人が多いが、研究職を選ぶ人もいる。

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