研究者情報

小林 弘明

准教授

KOBAYASHI Hiroaki

次世代蓄電池を創る

化学部門 無機・分析化学分野

basic_photo_1
研究テーマ

準安定・多孔質ナノ・界面イオニクスの開拓

研究分野材料化学, 電気化学, 無機化学
キーワード次世代蓄電池, 多孔質ナノ材料, 準安定材料

研究紹介

高いエネルギー密度を有するリチウムイオン電池(LIB)はスマートフォンやノートパソコンに代表される携帯型電子機器向けの小型用途だけでなく、電気自動車用や定置用などの大型用途としての需要も高まっています。今後益々の需要増に伴いレアメタルフリー化、更なる高エネルギー化、高い安全性を有する次世代蓄電池の開発が求められていますが、研究開発が進められている材料はそのほとんどが現行LIBのものと比べ電子・イオン(キャリア)伝導性に乏しく、蓄電技術の革新の為には既存の材料設計指針では得られない新奇な材料とその革新的合成プロセスの開拓が必要です。我々のグループでは、メカニカルアロイングやアルコール還元法などの低温非平衡プロセスを高度に制御し、高容量LIB、高電圧全固体電池、マグネシウム金属電池など次世代、次々世代蓄電池材料を十二分に利用するための材料化学を探求しています。具体的には、準安定化による固体内キャリア輸送の高速化や新たなレドックス機構の発現、多孔質ナノ粒子化による電極全体のキャリア輸送の高速化、人工的な界面設計による高負荷条件でのキャリア移動制御などに取り組んでいます。

study-image-0
非平衡プロセスで合成した準安定極小ナノ粒子
study-image-1
リチウムイオン電池の高容量正極活物質のトレンドと逆蛍石型リチウム鉄酸化物の準安定化による高容量化
study-image-2
マグネシウム蓄電池正極活物質の準安定化・超多孔化・極小ナノ粒子化によるマグネシウムイオン拡散距離の増加

代表的な研究業績

Ultrasmall α‐MnO2 with Low Aspect Ratio: Applications to Electrochemical Multivalent‐Ion Intercalation Hosts and Aerobic Oxidation Catalysts
R. Iimura, S. Kawasaki, T. Yabu, S. Tachibana, K. Yamaguchi, T. Mandai, K. Kisu, N. Kitamura, Z. Zhao‐Karger, S. Orimo, Y. Idemoto, M. Matsui, M. Fichtner, I. Honma, T. Ichitsubo, H. Kobayashi*
Small 21, 2411493 (2024)
プレスリリース:合成技術の「新旧融合」二酸化マンガンを極小ナノ粒子に~極小ナノ領域のユニークな粒子形態によって次世代蓄電池や触媒が高性能に~
A Nanoparticle ZnMn2O4/Graphene Composite Cathode Doubles the Reversible Capacity in an Aqueous Zn-Ion Battery
Y. Katsuyama, C. Ooka, R. Zhu, R. Iimura, M. Matsui, R. B. Kaner, I. Honma, H. Kobayashi*
Adv. Funct. Mater. 34, 2405551 (2024)
プレスリリース:リチウムイオン電池に置き換わる水系電池~次世代亜鉛イオン電池をナノテクノロジーで高エネルギー化~
Toward Cost-Effective High-Energy Lithium-Ion Battery Cathodes: Covalent Bond Formation Empowers Solid-State Oxygen Redox in Antifluorite-Type Lithium-Rich Iron Oxide
H. Kobayashi,* Y. Nakamura, Y. Yokoyama, I. Honma, M. Nakayama
ACS Mater. Lett. 6, 2072-2076 (2024)
プレスリリース:蓄電池材料の低コスト・高容量・寿命の共立に成功~鉄と酸素を有効に利用しリチウムイオン電池の資源リスク回避に期待~
Ultraporous, Ultrasmall MgMn2O4 Spinel Cathode for a Room-Temperature Magnesium Rechargeable Battery
H. Kobayashi,* Y. Fukumi, H. Watanabe, R. Iimura, N. Nishimura, T. Mandai, Y. Tominaga, M. Nakayama, T. Ichitsubo, I. Honma, H. Imai*
ACS Nano 17, 3135-3142 (2023)
プレスリリース:室温でマグネシウム蓄電池から大量のエネルギーを取り出せる正極材料を開発─リチウムイオン電池を置き換える安価で高性能の蓄電池実現に向け大きな一歩─
Metastable Cubic Structure Exceeds Capacity Limit of Antifluorite Li5FeO4 Cathode Using Small Polarized Oxygen Redox
H. Kobayashi,* Y. Nakamura, M. Nakayama, S. Kodaki, R. Matsuo, I. Honma
Adv. Energy Mater. 13, 2203441 (2023)
プレスリリース:安価な鉄系正極材料の容量を2倍に リチウムイオン電池の低コスト化と高エネルギー密度化に期待

関連産業分野

化学, 材料, エネルギー, 自動車, 触媒
学位博士(工学)
自己紹介

分福茶釜のタヌキで知られる群馬県館林市出身です。キツネを追って北上し続けこの地に辿り着きました。学部では触媒、修士では磁性体、博士以降では電池と様々な材料研究に携わってきました。幅広いバックグラウンドを活かして、新しい材料を開拓します。趣味は料理と紅茶です。

学歴・職歴2012年 東京大学工学部応用化学科 卒業
2014年 東京大学大学院総合文化研究科広域科学専攻 修士課程修了
2017年 東京大学大学院工学系研究科応用化学専攻 博士後期課程修了
2017年 東北大学多元物質科学研究所 助教
2022年 東北大学多元物質科学研究所 講師
2023年- 現職
所属学会電気化学会, 日本セラミックス協会, 日本固体イオニクス学会, 日本化学会
プロジェクトJST 革新的GX技術創出事業 (GteX)
居室理学部6号館 6-4-02号室

化学部門 無機・分析化学分野

小林 弘明

准教授

basic_photo_1
挑戦されている大きなプロジェクトを紹介してください。

JSTの革新的GX技術創出事業(GteX)ではマグネシウム金属蓄電池の実用化に向けた研究をしています。鉛蓄電池やリチウムイオン電池など、様々な蓄電池がこれまでに商品化されていますが、資源豊富なマグネシウム金属を使うことができれば、蓄電池の高エネルギー化と低コスト化を同時に達成できます。開発上での大きな障壁は、適切な電極(正極・負極)と電解液の組み合わせが未だ存在せず、リチウムイオン電池の延長としてマグネシウム電池を作っても全く動かないことです。私たちの研究ではナノテクノロジーを活用し、室温でマグネシウム電池を動かすことのできる革新的な正極材料を創出します。

basic_photo_1
研究者になったきっかけは何ですか?

私の地元には宇宙飛行士の向井千秋さんを記念する子ども科学館があり、小さい頃から科学を体験する機会に恵まれました。スポーツドリンクと鉛筆の芯で燃料電池を作ったり、熱気球を作ったり、銅を金色にする実験など、ワクワクした記憶が今でも残っています。小学校を卒業する時、一人ずつ親に将来の夢を発表する機会がありましたが、その時に「教授になって人の役に立つ研究したい」と言っていたそうです。大学に入ってから、学部・修士・博士と研究室や研究分野が変わりましたが、様々な材料科学に触れ、ますます科学への興味が深くなりました。恩師の先生から激励いただいたのも大きなきっかけです。

basic_photo_1
得意なこと、⼤好きなこと、趣味、⽇課を教えてください。

趣味は料理と紅茶です。休日のブランチにガレット・コンプレットやパンケーキを焼いたり、地元の美味しいイタリアンレストランのペペロンチーノを再現したりと日々試行錯誤しています。家には紅茶のコーナーがあり、ロイヤルミルクティーをよく作ります。紅茶にハマるきっかけになった、大阪の行きつけの喫茶店から茶葉を購入して淹れています。また、北海道には有名な日本の紅茶ブランドがあり、毎年ダージリンの新茶を楽しんでいます。