[現在/present]
私は水素吸蔵材料の探索および水素吸蔵放出特性の評価をおこなっています。化石エネルギーの代替として水素エネルギーが注目される現代、水素社会の構築に貢献できるよう有望な材料を開発するために研究しています。実用化に耐えうる質量水素密度や体積水素密度を実現すべく、日々研究しております。

I have explored hydrogen storage materials and evaluating their hydrogen absorption/desorption properties. Hydrogen energy is attracting attention as an alternative to fossil energy, and my research aims to develop promising materials that can contribute to the construction of "hydrogen society". I have been working to achieve a practical level of mass and volume hydrogen density.

[博士課程/Doctoral study]

持続可能な社会に向けて、 化石燃料の代替エネルギーが求められています。その１つとして、水素は燃料電池での発電時に二酸化炭素を排出しない点などから注目されています。

水素は電荷の自由度を持ち、物質中の構成元素や結合状態の違いによってプロトン (H+)、水素原子、ヒドリド (H–)などの多様な状態をとることが知られています。この特徴により、固体内を拡散する水素は、金属中では原子的に振る舞い、イオン導電性材料では一般的にH+が導電種となります。一方、H–は一般的にアルカリ金属やアルカリ土類金属のような電気陰性度の小さい金属の水素化物中に安定に存在しています。これらの物質のヒドリド導電性が指摘されてきていましたが、固体電解質として機能する物質は無く、H–導電体の電気化学デバイスへの応用はありませんでした。

H–は一価のアニオン、適度なイオン半径や大きな分極率など高速イオン導電に適した特徴を有しており、中低温においてAg+、Cu+、Li+、Na+、F–と同程度の高速拡散が期待できるイオンです。さらに、H–は強力な還元力(–2.25 V vs. SHE)をもっています。近年ではアンモニア合成触媒に応用する試みが検討されており、H–導電体の開発は新たなリアクターデバイスの創出に繋がる可能性があります。

H–を利用した電気化学デバイスの応用を目指し、H–導電体開発に取り組んでいます。特に固体でありながら液体電解質と同程度のイオン導電率を示す超イオン導電体に着目しており、低温域、ひいては室温におけるH–超イオン導電体の開発を目指しています。また、最近ではH–を含む遷移金属化合物が水素透過性電極として機能する可能性を初めて発見し、H–を利用した電極材料の開発にも着手しています。 

For sustainable societies, alternative energy sources to fossil fuels have been sought. Hydrogen is attracting attention as one of these alternatives because it does not emit CO2 when used in fuel cells to generate electricity.

Hydrogen has a degree of freedom in terms of charge, and is known to take on a variety of states such as proton (H+), hydrogen atom, and hydride ion (H– ) depending on the constituent elements and bonding states in the material. Due to this characteristic, hydrogen diffusing in a solid behaves atomically in a metal, and H+ is generally the conducting species in an ion-conductive material. On the other hand, H– are generally stable in metals with low electro negativity, such as alkali metals and alkaline earth metals. Although the hydride conductivity of these materials has been pointed out, there is no material that can function as a solid electrolyte, and there has been no application of H– conductors in electrochemical devices.

H– has features suitable for fast ion conduction, such as monovalence, moderate ionic size, and large polarizability. So, H– can be expected to diffuse as fast as Ag+, Cu+, Li+, Na+, and F– at medium and low temperatures. Furthermore, H– has a strong reducing power (–2.25 V vs. SHE). In recent years, attempts to apply hydride as a catalyst for ammonia synthesis have been studied, and the development of H– conductors may lead to the creation of new reactor devices.

We are working on the development of H– conductors for the application of H– conducting electrochemical devices. In particular, we focus on superionic conductors, which are solids exhibiting high ionic conductivity comparable to that of liquid electrolytes. We aim to develop H– superionic conductors in the low-temperature range (<300 ºC), and even at room temperature. In addition, we recently discovered the possibility that transition metal compounds containing H– can function as hydrogen permeable electrodes, and we have started to develop electrode materials using H–.