専攻/講座 人間・環境学/物質科学
総人学系 自然科学
所属機関/部局
電子メール uchimoto.yoshiharu.2n _at_ kyoto-u.ac.jp (Raplace _at_ with @-mark)
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Message to the prospective students

研究室を目指す皆さんに

カーボンニュートラルを達成して、エネルギー問題を解決することは、今後の持続的社会を実現する上で最も重要な課題です。我々はこの問題に取り組み、電気化学デバイスを用いて、二酸化炭素を排出することなく、エネルギーを高効率で使用できる社会の実現を目指しています。具体的には、電気化学、無機・有機機能性材料化学、エネルギー化学に立脚して、リチウムイオン二次電池、ポストリチウムイオン二次電池、固体高分子形燃料電池、水電解に関する新規機能性材料の開発、反応の解明、劣化機構の解明を行っています。電気自動車や燃料電池自動車の爆発的な普及、水電解と燃料電池を組み合わせた水素社会の実現など、この分野は、今後益々その重要性が増しており、この分野を学んだ学生は長期間にわたって活躍することが出来ます。
電気化学は、「電気エネルギー」と「化学エネルギー」の相互変換に関する学問分野で、荷電粒子(電子やイオン)が関与する材料や反応を取り扱います。そのため、無機・有機材料科学、物理化学、計測化学、無機化学、有機化学、界面化学、触媒化学などの化学の諸分野と密接な関わりがあります。これまで電気化学を学んでこなかった、上記のような様々な分野を学んできた人も、十分に活躍することが可能です。

 現在、NEDO 固体高分子形燃料電池解析技術開発、NEDO 固体高分子形燃料電池触媒開発、NEDO水電解水素製造技術高度化、NEDO全固体電池開発、JST高エネルギー密度フッ化物イオン電池開発、JST X線CTイメージング開発、JST蓄電池開発に関する産官学の共創の場の創製、科学研究費 超セラミックスなど多くの国家プロジェクトを推進しています。
 令和5年度当初は、教授の内本をはじめ、高見 剛 特定准教授、渡邊 稔樹 特定助教、松永 利之 研究員、Neha Thakur特定研究員、研究補佐員1名、事務補佐員3名、博士課程3年 6名、博士課程2年 3名、博士課程1年 3名、修士課程2年 6名、修士課程2年 5名、研究生 1名と研究しています。数ヶ月以内に、特定研究員が新たに3名着任し、きめ細やかな指導が出来る態勢をとっています。現在所属している大学院生の半数以上が京都大学総合人間学部以外の卒業生です。大学院に進学して、一緒にこの分野を開拓する意欲のある人を募集しています。大学院生は、年に1回以上国際学会に出席して活躍しています。
 卒業生は、HPで確認して頂けますが、大学、国立研究所、企業研究所、自動車会社、電機メーカー、化学メーカー、エネルギーインフラ関係などの最前線で活躍しています。
研究分野 電気化学、エネルギー化学、工業物理化学、無機機能材化学
キーワード 電気化学エネルギー変換、高エネルギー密度電池、固体高分子形燃料電池、水電解、先端計測技術
研究テーマ 現在、化石エネルギー等のエネルギー供給の逼迫、地球温暖化を含む環境問題の解決など、数多くの問題の解決が迫られています。そのためには、持続可能な社会の実現が必要ですが、そのためには革新的なデバイスやそれを用いたシステムの構築が必須です。言うまでもなく、エネルギーとして我々が最も使用しやすいのは「電気エネルギー」です。つまり、エネルギー・環境問題解決のためには「電気エネルギー」をいかに有効に使うことが出来るかが重要であり、「電気エネルギー」を蓄えることが出来る「蓄電池」、高効率で「電気エネルギー」を創ることが出来る「燃料電池」が問題解決に重要な役割を果たします。私たちの研究室では、使い勝手の良い電気エネルギーと貯蔵性の良い化学エネルギーの相互変換を行う「電気化学」を基盤として、これら将来の電気化学エネルギー変換デバイスの開発を行い、エネルギー・環境問題解決に貢献したいと考えています。
電気化学セルは2つの電極と両電極間の間に存在する電解質から成り立っています。電気化学セルを用いると、電気エネルギーと化学エネルギーを高効率で変換することが出来ます。本研究室では、電気化学を基盤として、無機・有機機能性材料化学、エネルギー化学等の分野に立脚し、新規機能性材料の開発、反応の解明とそれを基にした電気化学デバイスの性能向上に関する研究を展開しています。

主な研究テーマは次の通りです。
革新型蓄電池
高い体積エネルギー密度を有する二次電池として、フッ化物イオン電池の開発を行っています。フッ化物イオンのインターカレーションを利用した全固体フッ化物イオン電池の正極材料の開発や金属正極による研究を推進し、現在のリチウムイオン二次電池の3倍以上のエネルギー密度を達成しました。
また、負極にリチウム金属、正極に硫黄を用い、電解質として硫化物系固体電解質電解質を用いる全固体リチウム硫黄電池は、高い重量エネルギー密度を有する電池として期待されています。放射光施設で測定を行ったX線吸収分光法とX線CT測定を用いてリチウムデンドライト成長の原因を明らかにし、新たに開発した硫黄正極と組合わせています。

固体高分子形燃料電池
固体高分子形燃料電池(PEFC)は、水素と酸素を化学反応させて直接電気を発生させる装置であり、自動車用電源、家庭用分散電源への本格普及が期待されています。、触媒の動作条件下(operando)での構造解析に積極的に取り組んでおり、触媒活性と構造における関係を明らかにして、活性と耐久性の高い電極触媒を開発しています。また、燃料電池作動条件下での水の挙動について放射光を用いて解明しています。

水電解
水素社会を構築するためには、効率的かつ安価に水素を大量供給することが不可欠です。水電解では、アノードで酸素発生反応(OER)が起こり、カソードで水素発生反応(HER)が起きます。OERはHERに比べて、4電子が関与する反応であるため速度が遅く、電気分解全体の効率を下げる要因となっています。アルカリ水電解ならびに固体高分子形水電解触媒材料のOER活性と耐久性について、operando X線吸収分光法を中心とした分析手法を開発し、電気化学測定を組み合わせて、遷移金属の酸化状態や、遷移金属d軌道と酸素2p軌道の混成状態などの電子構造、高エネルギーX線回折と二体相関関数解析を駆使して触媒挙動を動的に解析する手法を開発しています。さらに、触媒特性と電子構造の相関関係を明らかにすることで、反応機構を本質的に理解し、新たなOER触媒を開発しています。
代表的著書,論文等 Oxyfluoride Cathode for All-solid-state Fluoride-ion Batteries with Small Volume Change Using Three-dimensional Diffusion Paths, Chem. Mater. , 2022, 34, 23, 10631–10638
State of the Active Site in La1–xSrxCoO3−δ Under Oxygen Evolution Reaction Investigated by Total-Reflection Fluorescence X-Ray Absorption Spectroscopy, ACS Applied Energy Materials, 2022, 5, 4108 – 4116
Fast fluoride ion conduction of ¬NH4(Mg1-xLix)F3-x and ¬(NH4)2(Mg1-Lix)F4- assisted by molecular cations, Scientific Reports, 2022, 12, 5955
Multiscale and hierarchical reaction mechanism in a lithium-ion battery, Chemical Physics Reviews, 2022, 3, 1, 011305
Anion substitution at apical sites of Ruddlesden–Popper-type cathodes toward high power density for all-solid-state fluoride ion battery, Chemistry of Materials, 2022, 34, 2, 609 – 616
High Rate Capability from Graphite Anode through Surface Modification with Lithium Iodide for All-solid-state Batteries, ACS Appl. Energy Mater., 2022, 5, 1, 667 – 673
Reversible and Fast (De)fluorination of High-capacity Cu2O Cathode: One Step Toward Practically Applicable All-solid-state Fluoride-ion Battery, Adv. Energy Mater., 2021, 11, 2102285
Rate-determining Process at Electrode/electrolyte Interfaces for All-solid-state Fluoride-ion Batteries, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2021, 13, 25, 30198 – 30204
Tomographic reconstruction of oxygen orbitals in lithium-rich battery materials, Nature, 2021, 594, 213 – 216
所属学会,その他の研究活動等 2023年度
電気化学会フェロー、電気化学会電解科学技術委員会顧問、電気化学会固体化学の新しい指針を探る研究会幹事、アドバンスト・バッテリー技術研究会会長、固体イオニクス学会代議員

所属学会
電気化学会、電気化学会電池技術委員会、電気化学会電解科学技術委員会、
電気化学会固体化学の新しい指針を探る研究会 、
日本化学会、固体イオニクス学会、
The Electrochemical Society, American Chemical Society, Solid State Ionics Society等
担当授業
  • 学部 物質構造論
    課題演習 物質の機能と構造
    自然科学特別ゼミナールA,B
  • 大学院修士課程 エネルギー物質変換論1,2
    相関環境学研究1,2
    物質相関基礎論
  • 大学院博士課程 相関環境学特別研究1,2
    物質機能相関論特別演習1.2
  • 全学共通科目 基礎物理化学(熱力学)、基礎物理化学(量子論)
    無機化学入門A,B
    基礎化学実験
経歴等 昭和60年3月 京都大学工学部工業化学科卒業
昭和62年3月 京都大学工学研究科工業化学専攻 修士課程修了
昭和62年7月 京都大学工学研究科工業化学専攻 博士課程退学

学位 工学博士(京都大学 平成3年3月)

職歴
昭和62年8月 京都大学工学部工業化学科 助手
平成5年12月 日本学術振興会海外特別研究員
        アメリカ合衆国ペンシルバニア大学研究員
平成8年 1月 京都大学大学院工学研究科物質エネルギー化学専攻 助教授
平成8年 4月 京都大学大学院エネルギー科学研究科エネルギー基礎科学専攻 助教授
平成12年8月 東京工業大学大学院理工学研究科応用化学専攻 助教授
平成17年4月 京都大学大学院人間・環境学研究科相関環境学専攻 助教授
平成19年4月 京都大学大学院人間・環境学研究科相関環境学専攻 教授

受賞
平成 5年11月 工業電解奨励賞
 (グロー放電プラズマを用いたイオン導電性薄膜の作製)
平成 9年 3月 電気化学会進歩賞・佐野賞
 (気相化学反応を用いた高機能化イオン導電性薄膜材料の開発とその応用)
平成11年11月 電池技術委員会賞
 (リチウムマンガンスピネル酸化物薄膜電極中のリチウムイオンの拡散挙動)
平成16年 9月 日本機械学会熱工学部門優秀講演論文賞
 (固体高分子形燃料電池カソード触媒の反応機構
    -脱白金・高活性合金触媒の高機能発現メカニズム-)
平成27年3月 電気化学会論文賞
 (層状ペロブスカイト構造を有するランタンニッケル酸化物の局所構造と酸化物イオン拡散の相関性)

内本 喜晴 (うちもと よしはる)教授へメールで連絡する

    (※本学の学生の皆さん: 授業関係の問い合わせについては,授業で指定の連絡方法があれば,そちらを使って下さい)




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    人間・環境学研究科パンフレット
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