大阪府立大学

「高度研究型大学―世界に翔(はばた)く地域の信頼拠点―」を理念に、先進的で創造的な研究を実現している大阪府立大学。世界レベルの研究に触れながら学び、高い専門性を身につけた人材を輩出する。

「世界レベル」が、学びの場
未来を変える全固体電池の開発と、大阪府立大学

次世代電気自動車(EV)の心臓部として期待され、注目を集めている全固体電池。この材料研究において、世界トップレベルの拠点の一つが大阪府立大学だ。大学院工学研究科 物質・化学系専攻 応用化学分野 無機化学研究グループの教員・学生が日々研究を進め、大学院で学んだ卒業生たちが実社会での実用化を目指している。

次世代に息づく研究成果

世界を視野に入れた研究環境

林 晃敏 教授 大学院工学研究科 物質・化学系専攻 応用化学分野

 「リチウムイオン電池を超える」といわれる全固体電池。現在普及しているリチウムイオン電池は、リチウムイオンの通り道となる電解質に可燃性の液体を用いるが、全固体電池はこの部分の材料として固体を使う。安全性が高く、長寿命、高性能であるため、近い将来、次世代EVへの搭載が見込まれ、企業や大学で開発・研究が進んでいる。
 「自動車を動かすくらい大きなエネルギーを持つリチウムイオン電池は普及していますが、電池が大きくなると可燃性の電解液が増え、安全性に課題が残ります。そこで、安全な全固体電池の出番です」と話すのは、無機化学研究グループを率いる林晃敏教授。暑さや寒さ、振動といった自動車の過酷な条件での搭載が可能になれば、現在、リチウムイオン電池が使われているスマートフォンやノートパソコン、航空機など多方面ですぐに応用できると分析する(図参照)。「全固体電池が実用化されれば電池はもっと小型化し、急速充電が可能となり、“電池革命”と言っていいくらい世界は変わるでしょう。全固体電池を日本から実用化し、世界に発信していきたい」と力を込める。

 無機化学研究グループの研究室では、20年以上前からリチウムイオンが高速で動く全固体電池の材料研究を行ってきた。ガラスを結晶化させる研究から、リチウムイオンを通しやすい硫化物を中心とした材料を発見し世界に発表。昨年にはナトリウムイオンを使った固体電解質を開発し、室温で報告されている中では世界最高の導電率(電気の通しやすさ)を示したという。
 「研究室では、世界で誰も取り組んだことのないオリジナルな研究に打ち込めます。国際学会での発表を希望すればサポートしますし、学生が目的を持って学べる環境作りを目指しています。
 仲間と切磋琢磨(せっさたくま)しあえる研究環境も大切。そこで自分が成長できたという経験や自信が、長い社会人生活を充実させるための糧になるからです。多くの卒業生が全固体電池の実用化の現場で活躍しているのは心強い限りです」(林教授)

高い研究レベルが人材輩出力に

水野史教 さん プライム プラネット エナジー&ソリューションズ株式会社
2006年3月 大学院工学研究科 物質系専攻 博士後期課程修了 同年4月からトヨタ自動車に入社し、次世代電池開発に従事

 林教授の下に学び、現在は全固体電池実用の最前線で活躍しているのが、プライム プラネット エナジー&ソリューションズ株式会社に勤務する水野史教さんだ。同社はトヨタ自動車とパナソニックの車載用角形電池事業に関する合弁会社(2020年4月1日事業開始)。水野さんは16年からトヨタ自動車で車載用の全固体電池の開発に従事している。
 「大学院では、リチウムイオンが高速で流れる新しい固体電解質を開発すると同時に、実際に電池にして特性を評価する研究をしてきました。材料の配分に試行錯誤し、それを使ってどう電池にするかに苦労しました」。林教授をはじめとする熱心な教員、チャレンジ精神を持った多くの仲間との出会いにも刺激を受け、当時から「自分が全固体電池を実用化するんだ!」との思いで研究に打ち込んだ。学ぶうち、いつしか水野さんにとって林教授はあこがれの存在になったという。教授が留学したアリゾナ州立大学に同じく留学し、異分野の研究者たちとの出会いから斬新な考えを吸収した。

「高い安全性が求められる車に全固体電池を実装できれば、その後の応用はスムーズ。そのために今、最も厳しいチャレンジをしている水野さんが誇らしい」と林教授
「世の中にとって、本当に役立つ物が生まれる瞬間に立ち会える可能性があることにワクワクしています」と話す水野さん

 今、全固体電池を実用化するその最前線に立ち、大阪府立大学が長年にわたり蓄積してきた材料研究の成果は各所に反映されていると実感する。「世界基準を肌で感じられる大阪府立大学で博士号を取得できたことは財産。当社には研究室の卒業生が何人もいて、林先生を呼べばいつでも同窓会ができるくらいです」と笑う姿は、次世代をリードする人材を輩出し続ける大阪府立大学の研究レベルの高さを物語る。
 車載用の全固体電池は、20年代の前半に実用化を目指している。水野さんは「大学の先生方と一緒に開発してきた材料を使い、1日でも早く世に出したい」と意気込む。

またとない学びの環境で得た自信
第10回(令和元年度)日本学術振興会 育志賞
乙山美紗恵 さん
国立研究開発法人産業技術総合研究所(産総研)
2020年3月 大学院工学研究科 物質・化学系専攻 博士後期課程修了

 全固体電池を研究テーマに掲げ、今年3月に大学院を修了。4月から産総研に入所し、継続して研究に取り組んでいます。
 1月に「日本学術振興会 育志賞」を受賞しました。将来、日本の学術研究発展への貢献が期待される博士課程学生が対象で、大学史上初の快挙とか。全固体電池における電極反応を解析する方法を確立した研究内容が評価されました。全固体電池の解析分野は先行研究がほとんどなく苦労もありましたが、研究室に入った4年生の時から積み上げてきたテーマだったので、喜びもひとしおです。
 がんばって成果を出すほど、誰も成し遂げていない高性能な全固体電池の実用化に貢献できる。そんなだいご味を感じながらの研究室での日々でした。海外の学会で発表する機会がたくさんあったのも、恵まれていましたね。そこで出会った第一線の研究者からは「大阪府立大学が発表する論文は必ず読んでいる」と聞き、またとない環境で学べていることを改めて実感したのを覚えています。
 産総研では大学と企業の橋渡し的な役割を担い、技術移転を活性化させたい。こうして前向きに取り組めているのも、世界レベルの環境で一つの事を貫き通して生まれた自信があるからです。

研究室から発信される
世界のトレンド
令和2年度 文部科学大臣表彰 若手科学者賞
作田 敦 准教授
大学院工学研究科 物質・化学系専攻 応用化学分野

 私が取り組む全固体電池の材料研究で、本年4月、文部科学大臣表彰若手科学者賞を受賞しました。全固体電池はすべての部材が固体なので、隙間をなくすことが最重要課題です。そこで、硫化物系の固体電解質においては、常温で圧力をかけることで材料が密着する現象「常温加圧焼結」を発見しました。この研究論文は300本以上の論文で引用され、全固体電池研究のトレンドになっています。
 受賞理由のもう一つは、金属を硫黄の中に入れる新しい発想で高いエネルギーを生む電極材料を作ったことです。この材料で20件ほどの特許を取得。EVに搭載できる新たな原理の電池として期待され、現在は自動車メーカーなどと共同で研究を続けています。
 本学の研究室は、世界の最先端情報の宝庫です。学生同士が世界の科学雑誌から優れた論文を紹介し合う「雑誌会」は研究室全体のレベルアップにつながっています。学生と教員は、お互いを高め合いながら最先端の研究を行う共同研究者です。修士課程修了までに筆頭著者として英語の論文を発表するなど、研究を通じて成長していきます。これから世に出る全固体電池は、最先端に挑む我々の研究が反映されたものになるでしょう。

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