第4回　樋口透先生インタビュー

◆先生が研究対象としてきた学問領域を説明してください。

応用物理学の中の「物質科学」が研究分野になります。

物質の光・電気・磁気特性を決めるのは，原子核の周りをまわっている最外殻の電子です。この電子の振る舞いや熱的性質を記述する学問は、現代物理学(統計力学、量子力学)になります。この概念を基礎として、複雑な物理現象を解明したり、新たな物質やデバイスを創成したりする学問です。

◆先生のご研究を詳しく教えてください。

中高温型の固体酸化物燃料電池は、環境に優しい安心・安全な発電システムとして期待されていますが、実用的な電解質・電極材料は示されていません。私の研究では、これまで候補とされている物質の電子構造・電気特性を明らかにし、ここで得た知見を基にして、量子力学・統計力学・固体物理学を基礎とした新たな物質探索を行っています。結晶空間における対称性や欠陥構造が電解質膜の特性に大きく影響するため、スパッタ法という手法を用いて結晶格子や欠陥を意図的に制御した薄膜を作製し、構造・電気特性に加え、薄膜型燃料電池の設計も行っています。

◆生み出された成果は、社会的にどのような意味を持ち、また貢献できると思われますか。

中高温型の固体酸化物燃料電池は、現在の原子力・火力発電への依存度を軽減させる新たな発電システムになります。この燃料電池の発電特性・耐久性・コスト等の問題が解決されれば、様々な用途での利用が可能となり、究極のエコ社会に貢献できるのです。

◆研究テーマをどのように見つけたのかを教えてください。

元々は光を使って様々な物質の電子構造の基礎研究をしていましたが、いずれは実社会に役に立つ研究をやりたいという気持ちがありました。その中で、イオン伝導体の基礎研究を進めていくうちに、物質の構造をうまく制御できる手法を取り入れれば、中高温で作動する固体酸化物燃料電池が実現できると考えました。単にデバイスを作って性能を評価するだけでなく、基礎的な背景を理解した上で、難題を解決するための筋道を立て、デバイス化に向けた研究を進めていく過程がとても面白いと思います。

◆高校生が、授業や課外活動等で、先生のテーマや学問領域に関する研究をするとして、高校生でも取り組めるものはありますか。

「燃料電池の発電特性の実験」：通常の燃料電池のキットを用いてもできる。
・水の電気分解で得た水素の容量に対する発電の持続時間
・持続時間に対する電圧の劣化特性など
・電解質をドライヤー等で加熱すると、イオンの動きが活発になるので、発電特性が変化する。電解質温度と電圧の関係。
等、実デバイスの性能評価に近いことができます。

◆先生が指導されている学生の研究テーマ・卒論テーマ、大学院生の研究テーマを教えてください。

・中高温型燃料電池電解質膜の作製とプロトン伝導性の研究
・高温型燃料電池電解質膜の作製と酸素イオン伝導性の研究
・電子-プロトン混合伝導体薄膜の作製と燃料電池電極特性の研究
・イオン伝導体/電極界面の反応機構に関する構造的な研究
・X線分光によるイオン伝導体薄膜の欠陥・電子構造の研究
など