教員・研究室紹介

准教授

髙橋 伊久磨

TAKAHASHI IKUMA

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研究室
津田沼キャンパス 4号館5階040507号室
担当講義
「基礎材料工学」、「先端材料工学実験」、「先端材料ゼミナール」

蓄電池 / 燃料電池 / 電気化学 / 固体化学 / 放射光分析

研究室概要

持続可能な社会に重要な役割を果たす創エネ・蓄エネ技術の進化、ネットワーク社会の発展に欠かせないロボット・モバイル機器の高性能化を目指した蓄電池・燃料電池に関する研究を行なっています。様々な反応解析技術を用いて、金属空気電池や次世代リチウムイオン電池等の蓄電池、水素を燃料とした固体高分子形燃料電池に関する高性能電池材料の創出に取り組んでいます。

研究テーマ

(1) 次世代蓄電池

電気自動車やロボット、モバイル機器用の電源として、短時間の充電で長時間使用でき、かつ高い安全性、低コストを目指した金属電池空気電池と次世代リチウムイオン電池の電極材料に関する研究を行なっています。金属空気電池の正極については、元素組成と酸素欠陥の制御による新規高活性酸化物触媒の創出、次世代リチウムイオン電池については、高容量活物質と電解質の界面制御によりLiイオン移動に対して低抵抗となる活物質材料の開発に取り組んでいます。


金属空気電池 


次世代リチウムイオン電池 

(2) 燃料電池


固体高分子形燃料電池

ロボットや燃料電池車への搭載を目指した低コストで発電効率の高い固体高分子形燃料電池の空気極材料の研究を行なっています。一般的に固体高分子形燃料電池の空気極にはPt担持カーボン触媒が用いられていますが、高コストであるため使用量の低減が求められています。そこで本研究室では、Pt使用量低減を目的とし、Ptと担持体の相互作用に着目した高活性Pt触媒の研究を行なっています。

(3) 放射光分析


大型放射光施設 (SPring-8)

実験室のX線と比較して透過力が高く、波長を自在に変えることのできる放射光を用いると、電池の内部の様々な反応、現象を観測することができます。この放射光を用い、電池作動中の活物質や触媒の結晶構造・化学状態の変化や、電池部品の形状変化を観測し、電極材料の高性能化に関する研究、および高安全性電池部品材料の開発に取り組んでいます。

これまでの主要な業績

  1. (1) Ikuma Takahashi, Hisao Kiuchi, Atsushi Ohma, Toshiharu Fukunaga, Eiichiro Matsubara, “Cathode Electrolyte Interphase Formation and Electrolyte Oxidation Mechanism for Ni-Rich Cathode Materials” J. Phys. Chem. C, 124, 9243−9248 (2020)
  2. (2) Ikuma Takahashi, Takehiro Maeda, Hisao Kiuchi, Koji Nakanishi, Atsushi Ohma, Masaharu Hatano, Toshiharu Fukunaga, Toshiaki Ohta, and Eiichiro Matsubara, “Mechanism of Structural Change and the Trigger of Electrochemical Degradation of Li-Rich Layered Oxide Cathodes during Charge–Discharge Cycles”, ACS Appl. Energy Mater., 2, 8118-8124 (2019)
  3. (3) Kazuya Sasaki, Ikuma Takahashi, Kodai Kuramoto, Keita Tomomichi, Takayuki Terai “Reactions on Ni-YSZ cermet anode of solid oxide fuel cells during internal steam reforming of n-octane”, Electrochim. Acta, 259, 94-99 (2018)
  4. (4) Ikuma Takahashi, Takuya Mori, Takahiro Yoshinari, Yuki Orikasa, Yukinori Koyama, Haruno Murayama, Katsutoshi Fukuda, Masaharu Hatano, Hajime Arai, Yoshiharu Uchimoto, Takayuki Terai, “Irreversible phase transition between LiFePO4 and FePO4 during high-rate charge-discharge reaction by operando X-ray diffraction”, J. Power Sources, 309, 122-126 (2016)
  5. (5) Ikuma Takahashi, Hajime Arai, Haruno Murayama, Kenji Sato, Hideyuki Komatsu, Hajime Tanida, Yukinori Koyama, Yoshiharu Uchimoto and Zempachi Ogumi, “Phase transition kinetics of LiNi0.5Mn1.5O4 analyzed by temperature-controlled operando X-ray absorption spectroscopy”, Phys. Chem. Chem. Phys., 18, 1897-1904 (2016)