全固体電池を実現する
新物質を探索・開発。
全固体電池に関する多数の研究者が集結する本学は、世界的にも研究をリードしています。2023年に全国初の全固体電池学術共同研究拠点として認可された全固体電池研究所の所長でもある林教授にお話を伺いました。
全固体電池への大きな突破口は、硫化物の固体電解質。
現行の電池は、電極が固体で電解質が液体です。電解質を固体にした全固体リチウムイオン電池は、難燃性・耐久性など多くのメリットがあり、EV化の流れからも実用化は目前といわれています。私は、非晶質（ガラス）に着目した機能性材料として、固体電解質材料の探索や全固体エネルギーデバイスの開発に取り組んでいます。
電極と電解質の双方が固体の場合、界面が濡れずイオンの伝導が難しいという問題点があります。これを克服するのが硫化物です。酸化物と異なり、粒子が密着して界面を作りやすく、イオン伝導時の電気抵抗も酸化物より小さくなります。私の学生時代を含め、約30年で研究が急速に進み、全固体電池実用化への足がかりとなりました。
次々世代電池を担う、資源リスクの少ないナトリウム。
期待が集まる全固体リチウムイオン電池ですが、リチウムは埋蔵量が少なく偏在しているため、安定供給が難しい物質です。そこで、資源リスクの少ないナトリウムにいち早く注目。硫化物の結晶化ガラスを使った固体電解質を開発してナトリウムイオンの高速移動を確認。2019年にはナトリウムイオンとしては世界最速で、リチウムイオンよりも高い伝導性をもつ硫化物の固体電解質を発見しました。
全固体ナトリウムイオン電池が製品として実用化するには、高速充電や耐久性の問題など、クリアすべき課題は山積しています。また、リチウムよりも「重たい」というナトリウムの宿命があり、これは重量あたりの電池エネルギーでみるとデメリットになります。しかし、資源の豊富さ・コストの低さ・伝導率の高さなど、全固体リチウムイオン電池を超える次の電池として、大きな可能性を確信しています。
活発なコミュニケーションが、研究を前進させる。
自分が高校生の頃、将来研究者になるとは全く想像もしていませんでした。大学入学後に固体の中をイオンが伝導することに興味を持ち、夢中で研究するうちに現在に至ります。1990年代当時は、その研究が電池に繋がることも、全く予想していませんでした。注目され出したのはこの十数年です。これも研究の面白さかもしれません。
研究を前向きに継続していくためには、研究室のメンバーとの信頼関係がとても重要です。月次報告会や打ち上げなど、時には真剣に、時にはざっくばらんに、お互いの考えや思いを話し合える機会を大切にしています。今研究している材料が、世界初の発見になるかもしれません。一緒に、社会を豊かにする研究に挑戦しましょう。
