プロセスシステム工学研究室

About研究室について

計測と計算を組み合わせ、電池の内部を読み解く。

プロセスシステム工学研究室は、次世代自動車や未来のエネルギーマネージメントシステムを念頭に、電池と電気化学システムを研究しています。
ナノスケールの材料界面から実使用環境のスケールまでを横断的に見渡し、内部の反応や物質の輸送とそれを左右する要因を明らかにして、高性能化に向けた指針の提案や技術改良を進めています。
「実材料計測」「実複雑立体構造」「実測と計算の融合」「理論モデル構築」「最適設計支援」の「五位一体」をモットーにしています。
対象は、リチウムイオン電池、固体高分子形燃料電池、全固体電池、空気電池、レドックスフロー電池、リチウム硫黄電池などです。

Research研究テーマ

電池や電気化学システムの内部で起きる反応と物質の動きを明らかにし、高性能化の指針づくりを目指しています。燃料電池やリチウムイオン電池などを対象に、実際の材料や構造の計測と数値シミュレーションを組み合わせて研究しています。

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燃料電池触媒層の微細構造の評価↗

数十から100nmほどの細孔をもつ実際の触媒層の微細構造を、電子顕微鏡やX線CTなどの高度な計測装置で明らかにしています。数値で再構築した構造の輸送特性と理論モデルを比べ、触媒層の課題と性能向上の指針を提案しています。

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燃料電池内の反応輸送シミュレーション↗

直接計測が難しい触媒層内の電気化学反応と物質輸送を連成させた、大規模なシミュレーターを開発しています。カーボンブラックの凝集構造や電解質の被覆構造、白金触媒の分布をモデル化して影響を調べ、液水の二相流の解析も行っています。

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新規材料に合う触媒層の構造設計↗

新しい触媒や電解質の電池特性は従来材料で最適化された構造や条件で評価されており、材料に適しているとは限りません。材料開発の研究グループと共同で理想的な構造を数値解析や理論で明らかにし、インクジェット法などでの作製を試みています。

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燃料電池のマルチスケールシミュレーション↗

触媒層内の反応輸送解析のほか、流路、セル、スタックの内部で起きる多相多成分の反応輸送を、スケールをまたいでシミュレーションしています。これをもとに、システム全体の設計や安定制御に関する研究に取り組んでいます。

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