現在の研究分野
○はじめに
リチウムイオン電池や燃料電池の次を担うエネルギーデバイスの最適解は未だ分からないという状況ですが、これは新しい電池をつくる上で必要な物質が揃っていない（もしくは優れた化学反応が見つかっていない）ことが原因と考えられます。化学反応も物質の変化と捉えると、新しいデバイス開発の可否の答えは物質あると言え、新規な物質を開拓していくことから研究を進めていく必要があります。
様々な学問がある中で、化学は、元素レベルから新しい物質をつくりだすことができるという点に最大の強みがあり、ものづくりにおける萌芽的な位置にあります。化学電池は、イオンの拡散を伴う点で共通するシステムであるため、イオンが高速で移動できる物質（固体イオニクス材料）がデバイスの開発に欠かせません。固体化学と電気化学の学術的な知見を指針として、新規なイオニクス材料を探索したり、求められる機能発現に最適な構造をデザインし、デバイスへと展開することで、上記の課題解決に取り組んでいます。
○水素を用いたエネルギーデバイスのための新規物質開発
プロトン(H+)が高速で拡散する物質であるプロトン導電体は、水素を用いたエネルギーデバイスのキーマテリアルとして、液体、有機物、無機物を含む様々な物質が精力的に研究されています。新しいデバイスを開発するにあたり、触媒反応に適する150-300度を含む広い温度域（室温から500度くらいまで）で安定に作動するプロトン導電体が求められているのですが、熱安定性とプロトンの高速拡散を両立する物質は、未だに開発が難しい状況です。
この問題の根底には、プロトンが形成する結合が弱いと、プロトン拡散には有利になる一方で熱的に不安定となり、強すぎると、低温でプロトンの高速拡散が難しいという、物質中の二次結合（水素結合やファンデルワールス力のような弱い結合）の制御の困難さがあります。
これまでの物質設計では、課題を解決する物質の開発は難しいため、我々は、不燃である無機物の中でも、水素結合が200度付近でのプロトン拡散に適する（200度付近をプロトン導電率のピークとなるように）と期待されるリン酸塩に着目し、その結晶を求める機能ごとに部位を分けた独自の物質設計を立案しました。
①熱的に安定な骨格部位：トンネル型の骨格部位を一次結合（共有結合やイオン結合）のみで形成（骨格には水素結合を含まない）
②プロトン高速拡散経路：リン酸とプロトンとの水素結合での連結を利用し、水分子の配列をデザイン
③水分子（結晶水）の高温保持部位：結晶水の酸素に着目し、この酸素と骨格を形成するイオンとの配位結合を活用
必要な機能に応じた化学結合を活用する工夫を新たに導入することで、上記の課題を克服し、室温から500度付近の中温度域で高いプロトン拡散能を発現する新規物質群を見出しました。得られた成果は、国内外の学会で発表し、学生さんが筆頭著者として報告した論文は専門誌のoutside coverに選ばれました。
現在は、結晶内での分子の規則配列を活かしたユニークな物質の探索や、水素のもつ独自の特徴を活かしたエネルギー材料の開発、開発した材料を用いたエネルギーデバイスの開発へと研究を展開しています。
○全固体リチウム二次電池に関する研究
リチウムイオン導電体は、リチウムイオン電池の電極材料や全固体リチウム二次電池の固体電解質として重要な材料となっています。我々の研究室では、現在、リチウム固体電解質の開発を中心に研究を進めています。酸化物系リチウム固体電解質では、①室温でのリチウムの高速拡散、②広い電位窓（酸化や還元が起こりにくい）、③低温での焼結性という実現するには大変な３つの特性が求められます。イオンがガチガチに結合した固体中では、イオンの拡散は融点の手前で起こることが一般的です（ex. NaClの融点：801度、MgOの融点：2852度）。そのため、リチウムが室温で動く酸化物の開発は非常に難しく、現在も数えるほどの物質しか存在しません。硬い酸化物と電極材料との接触性の確保やリチウム固体電解質の抵抗を下げるためには焼結が必要なのですが、電極材料と反応（もしくは分解）する温度以上で固体電解質の焼結が起きてしまうことが、固体電池をつくる上で面倒な問題となっています。
我々の研究室では、産学に重要な新規リチウム固体電解質の開拓や、リチウム導電率と電位窓の確保を念頭に入れつつ、物質中のイオン結合をギリギリまで弱める物質設計により低温焼結に優れる固体電解質の開発に取り組んでいます。リチウム固体電解質の研究は、今年から再開したのですが、研究に従事している学生さんが既にいくつか新規物質を見つけており、今後の展開が楽しみとなっています。硫化物系のリチウム材料も秘密の研究を行っているのですが、興味のある方はいつでも気兼ねなくお越しください。
○次世代エネルギーデバイスのための反応開拓
研究室立ち上げのため準備中。
これまで行ってきたインターカレーション材料を中心に、物質の特徴を活かした研究を進めていく予定です。