パンフレット - 科学技術振興機構

エネルギー 高 効 率 利 用 の
ための 相 界 面 科 学
平 成 23 年 度 採 択
実 環 境 計 測 に 基 づく 高 温 電 極 の
界 面 領 域 エンジニアリング
界 面 科 学 に 基 づく 次 世 代 エネルギー
へのナノポーラス 複 合 材 料 開 発
戦 略 目 標
エネルギー 利 用 の 飛 躍 的 な 高 効 率 化 実
現 のための 相 界 面 現 象 の 解 明 や 高 機
能 界 面 創 成 等 の 基 盤 技 術 の 創 出
研 究 総 括
笠 木 伸 英
東 京 大 学 名 誉 教 授 /( 独 ) 科 学 技 術 振 興
機 構 研 究 開 発 戦 略 センター 上 席 フェロー
副 研 究 総 括
橋 本 和 仁
東 京 大 学
大 学 院 工 学 系 研 究 科 教 授
本 研 究 領 域 は、 豊 かな 持 続 性 社 会 の 実 現 に 向
けて、エネルギー 利 用 の 飛 躍 的 な 高 効 率 化 を 実 現
するため、エネルギー 変 換 ・ 輸 送 に 関 わる 相 界 面 現
象 の 解 明 や 高 機 能 相 界 面 の 創 成 などの 基 盤 的 科
学 技 術 の 創 出 を 目 的 とします。
具 体 的 には、 様 々な 相 界 面 現 象 の 基 礎 学 理 や
制 御 ・ 最 適 化 技 術 を 深 化 させることによって、エネ
ルギー 損 失 の 大 幅 な 減 少 を 可 能 とする 相 界 面 、あ
るいは、 高 効 率 エネルギー 利 用 のための 新 たな 高
機 能 相 界 面 を 創 造 することに 挑 戦 します。そのため
には、ナノ、メソ、マクロといった 異 なるスケールの
現 象 を 統 合 的 に 解 析 ・ 設 計 するための 技 法 、 相 界
面 構 造 を 制 御 ・ 最 適 化 するための 理 論 的 手 法 など
を 開 拓 することなどが 必 要 です。さらに、これらの 先
端 的 な 基 礎 研 究 の 成 果 を、 実 際 の 機 器 やシステム
の 設 計 に 効 果 的 に 適 用 し、それらの 飛 躍 的 性 能 向
上 、 低 炭 素 化 、 低 コスト 化 に 繋 げることが 重 要 です。
したがって、 本 研 究 領 域 では、エネルギーの 高 効
率 利 用 に 向 けた 相 界 面 におけるエネルギー 変 換 ・
輸 送 機 構 の 解 明 、マルチスケールの 相 界 面 現 象 を
総 合 的 に 解 析 ・ 設 計 するための 計 測 、モデリング、
シミュレーション 技 術 の 開 発 、 相 界 面 構 造 を 制 御 ・
最 適 化 するための 数 理 科 学 的 な 手 法 などの 基 盤
技 術 を 創 出 するとともに、 機 器 やデバイスの 理 論
的 最 高 性 能 を 実 現 するための 高 機 能 相 界 面 を 創
成 することを 最 終 目 標 とします。こうした 目 標 を 達 成
するために、 既 存 の 専 門 分 野 を 越 えた、あるいは 異
なる 分 野 の 科 学 的 知 識 を 融 合 した、 総 合 的 な 取 り
組 みを 奨 励 します。
川 田 達 也
固 体 酸 化 物 形 燃 料 電 池 (SOFC)は
エネルギー 安 定 供 給 と 低 炭 素 化 とを
両 立 させるシステムです。 本 格 的 実 用
化 の 鍵 となるのが 電 極 界 面 の 最 適 化
ですが、 複 雑 な 界 面 現 象 の 素 過 程 を
把 握 することは 困 難 でした。そこで 本 研 究 では、 界 面 領
域 をナノ、ミクロ、マクロのマルチスケールで 捉 え、それぞ
れの 挙 動 を 実 環 境 下 もしくはそれに 近 い 環 境 で 測 定 す
る 計 測 法 を 開 発 ・ 整 備 ・ 統 合 し、 界 面 領 域 設 計 のエンジ
ニアリングを 可 能 にすることを 目 指 します。
古 山 通 久
固 気 液 相 界 面 メタフルイディクス
高 田 保 之
九 州 大 学 大 学 院 工 学 研 究 院
教 授
気 液 相 変 化 や 吸 脱 着 など 固 気 液 相
界 面 における 熱 物 質 移 動 の 素 過 程 は
エネルギーシステムの 性 能 を 大 きく 左
右 します。 本 研 究 では、ナノ 構 造 がも
たらす 機 能 をマクロな 流 体 現 象 へ 積
極 的 に 利 用 することで 既 存 性 能 の 超 越 を 目 指 す 新 しい
学 理 (メタフルイディクス)を 提 起 します。 濡 れ 性 、 表 面 粗
さ、 空 隙 率 など 従 来 のマクロスケールの 指 標 を 超 越 した
複 合 構 造 の 最 適 設 計 によって 飛 躍 的 に 高 効 率 な 熱 物
質 移 動 界 面 を 創 製 します。
陳
明 偉
東 北 大 学 大 学 院 環 境 科 学 研 究 科 教 授 東 北 大 学 原 子 分 子 材 料 科 学 高 等 研 究 機 構
教 授
固 体 酸 化 物 形 燃 料 電 池 電 極 の 材 料 ・
構 造 革 新 のためのマルチスケール
連 成 解 析 基 盤
九 州 大 学 稲 盛 フロンティア 研 究 センター
教 授
固 体 酸 化 物 形 燃 料 電 池 の 高 効 率 化 の
ためには、 電 池 内 の 反 応 ・ 輸 送 現 象 に
伴 って 生 じる 不 可 逆 的 な 損 失 の 低 減 が
重 要 です。 本 研 究 では、 時 間 ・ 空 間 ス
ケールの 異 なる 複 数 のシミュレーション
技 術 を 連 係 するとともに 実 験 計 測 と 協 働 することで、 電 極
の 三 相 界 面 における 現 象 を 解 明 し、その 微 構 造 制 御 に 基
づく 高 活 性 化 に 挑 戦 します。 化 学 系 ・ 機 械 系 ・ 材 料 系 の 多
様 な 知 識 を 集 積 することにより、 材 料 と 構 造 の 両 面 から 固
体 酸 化 物 形 燃 料 電 池 の 電 極 の 設 計 革 新 を 目 指 します。
本 研 究 では、 従 来 のキャパシタの 持 つ
高 い 出 力 密 度 に 匹 敵 し、 且 つ、 既 存 の
リチウム2 次 電 池 を 凌 駕 するエネル
ギー 密 度 をもった、ナノポーラス 複 合 金
属 を 基 軸 にした 次 世 代 エネルギーデバ
イスを 創 出 します。エネルギーデバイスは、ナノ 構 造 やナノ
組 織 の 表 面 ・ 界 面 を 通 じて 機 能 が 発 揮 されるため、 高 性
能 電 子 顕 微 鏡 、その 場 ラマン 分 光 法 、 第 一 原 理 計 算 、 分
子 動 力 学 法 の 視 点 から、 界 面 で 原 子 ・ 分 子 レベルでの 現
象 を 明 らかにし、さらなる 発 見 や 改 良 に 結 びつけます。
平 成 24 年 度 採 択
多 孔 性 電 極 中 のイオン 輸 送 現 象 の
解 明 と 高 出 入 力 電 池 への 展 開
安 部 武 志
リチウムイオン 電 池 に 代 表 される 蓄 電
池 を 高 速 に 充 放 電 反 応 させるために
は、 蓄 電 池 に 用 いられている 電 極 中 で
イオンと 電 子 が 速 やかに 動 く 必 要 があ
ります。 本 研 究 では、これまでよく 知 ら
れていない 電 池 活 物 質 、 導 電 助 剤 、バインダーからなる
複 雑 な 構 造 を 有 する 電 極 内 のイオンの 動 きを 明 らかにし、
高 速 にイオン 移 動 が 生 じる 電 極 の 設 計 指 針 を 与 えます。
これにより 速 やかなイオン 移 動 を 達 成 し、 電 池 の 充 放 電
反 応 の 高 速 化 を 目 指 します。
酸 化 物 半 導 体 プリカーサーを 用 いる 相 互
侵 入 型 無 機 ・ 有 機 ( 無 機 )バルクヘテロナノ
界 面 の 一 括 構 築 と 太 陽 電 池 への 応 用
早 瀬 修 二
京 都 大 学 大 学 院 工 学 研 究 科
教 授
九 州 工 業 大 学 大 学 院 生 命 体 工 学 研 究 科
教 授
本 研 究 は 低 コスト・ 高 効 率 を 狙 った 新 太
陽 電 池 に 関 するものです。 一 般 に 太 陽
電 池 は 多 くの 層 が 必 要 であり、それらの
層 を 逐 次 作 製 するためセル 作 製 に 時 間
がかかり、 高 コストの 原 因 の 一 つになっ
ていました。 本 研 究 では 太 陽 電 池 の 心 臓 部 である 電 荷 分
離 界 面 を 一 度 の 塗 布 で 作 製 できる 新 プロセス、 新 材 料 、 新
素 子 構 造 を 設 計 します。1 計 算 化 学 研 究 者 、2 化 学 合 成
研 究 者 、3 分 光 研 究 者 、4プロセス 研 究 者 が 結 集 し 最 適
な 電 荷 分 離 界 面 を 設 計 し 実 現 することによって 低 コスト・ 高
効 率 太 陽 電 池 を 目 指 します。
領 域 アドバイザー
江 口 浩 一 京 都 大 学 大 学 院 工 学 研 究 科 教 授
岡 崎 健 東 京 工 業 大 学 大 学 院 理 工 学 研 究 科 教 授
加 藤 千 幸 東 京 大 学 生 産 技 術 研 究 所
革 新 的 シミュレーション 研 究 センター センター 長 ・ 教 授
栗 原 和 枝 東 北 大 学 原 子 分 子 材 料 科 学 高 等 研 究 機 構
多 元 物 質 科 学 研 究 所 教 授
齋 川 路 之 ( 財 ) 電 力 中 央 研 究 所
エネルギー 技 術 研 究 所 副 研 究 参 事
中 戸 義 禮 大 阪 大 学 産 業 科 学 研 究 所 特 任 教 授
萩 原 剛 ( 株 ) 東 芝 電 力 ・ 社 会 システム 技 術 開 発 センター
機 械 システム 開 発 部 部 長
宮 野 健 次 郎 ( 独 ) 物 質 ・ 材 料 研 究 機 構 フェロー
吉 田 真 京 セラ( 株 ) 経 営 推 進 統 括 部 副 統 括 部 長
渡 辺 政 廣 山 梨 大 学 燃 料 電 池 ナノ 材 料 研 究 センター
センター 長 ・ 教 授
ナノとマクロの 相 界 面 と 物 質 移 動 ナノ
サイクル
高 柳 邦 夫
東 京 工 業 大 学 大 学 院 理 工 学 研 究 科
特 任 教 授
ナノ 構 造 とマクロ 構 造 がコンタクトした
Nano-in-Macro 相 界 面 での 物 質 移
動 を 研 究 します。エネルギーや 環 境 に 重
要 とされているリチウムイオン 電 池 やナ
ノ 粒 子 触 媒 などは、 互 いに 接 合 した 異
相 間 をイオンや 電 荷 が 移 動 しています。ナノとマクロ 間 には
特 殊 な 相 界 面 が 創 られ、イオン・ 電 荷 ・ 組 成 などの 物 質 移 動
ナノサイクルを 制 御 します。 本 研 究 では、エネルギー 高 効 率
利 用 に 資 するため、 世 界 最 高 分 解 能 をもつ0.5Å 分 解 能
収 差 補 正 電 子 顕 微 鏡 法 を 活 用 して、これらの 物 質 移 動 ナ
ノサイクルを 明 らかにします。
革 新 的 アニオン 導 電 性 高 分 子 を 用 い
た 三 相 界 面 の 創 製 とアルカリ 形 燃 料
電 池 への 展 開
宮 武 健 治
山 梨 大 学 クリーンエネルギー 研 究 センター
教 授
アルカリ 形 燃 料 電 池 の 高 性 能 化 ・ 高 耐
久 化 の 最 重 要 課 題 である、1 安 定 なア
ニオン 導 電 性 高 分 子 の 開 発 、2 高 性 能
な 卑 金 属 系 電 極 触 媒 の 開 発 、3 反 応
場 を 制 御 した 三 相 界 面 の 創 製 、に 取 り
組 みます。 共 役 イオン 型 アニオン 導 電
性 高 分 子 とナノカプセル 法 により 調 製 する 卑 金 属 ナノ 粒
子 触 媒 を 組 み 合 わせて 電 極 触 媒 層 を 作 製 し、 燃 料 の 酸 化
反 応 や 酸 素 の 還 元 反 応 が 効 率 よく 進 行 する 電 極 触 媒 構
造 を 明 らかにします。 最 適 化 した 電 極 触 媒 層 とアニオン 導
電 性 高 分 子 薄 膜 を 用 いて、アルカリ 形 燃 料 電 池 の 性 能 と
耐 久 性 の 大 幅 な 向 上 を 目 指 します。
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