伊藤良一の研究ブログ２

　今回、私が所属している東北大学東北大学原子分子材料科学高等研究機構 (AIMR)で開発しているナノ多孔質グラフェンを用いることで金属触媒を使用しないリチウム空気電池の反応機構について明らかにしました。 　排ガスが出ない電池は次世代自動車である電気自動車に搭載されるクリーンな動力源として期待されています。しかし、現在最も普及しているリチウムイオン電池では１回の充電で電気自動車を200km程度しか走行させることが出来ず、ガソリン車並の走行距離を出せないことが問題視されていました。その解決法の一つとして、リチウムイオン電池よりも電気容量が5-8倍といわれているリチウム空気電池が注目されています。リチウム空気電池はエネルギー密度の高いリチウム金属（危険ですが・・・）を負極として、また、正極活物質を空気にすることで少ない体積で大きな電気容量を持たせることが可能です。技術的な問題点が山積していますが、現在このような次世代蓄電池を用いて１回の充電で自動車を500-600km走行させることができる次世代大容量蓄電池の開発競争が進んでいます。 　本研究グループは自動車会社などが行っている応用研究・商品開発ではなく、反応機構などを追及する基礎研究を行うことで新しい知見を社会に還元することを目指しています。本研究はこのような理念の元で国立研究開発法人科学技術振興機構(JST)によるエネルギー高効率利用のための相界面科学CRESTの全面支援を受け、今回、窒素原子と硫黄原子を化学ドープした3次元多孔質グラフェンによる金属触媒が不要なリチウム空気電池の開発指針を示すことに成功しました。 　研究内容を簡単に説明すると、電極の単位重量あたり2000mAhの大きな電気エネルギーを持ち、かつ100回以上の繰返し充放電が可能なリチウム空気電池の開発に成功しました。現時点では1次電池としては優秀であることがわかりましたが、2次電池としてみた場合、充電時の過電圧が大きすぎて商品化には全く不向きです。しかし、実験結果を電気自動車の走行距離に換算すると充電１回あたりで500～600kmの走行に相当する結果が得られました。本研究は金属触媒を用いない環境に優しい電池の構築に役立つと期待されています。 図　(a)窒素ドープナノ多孔質グラフェン1000mAhg-1でカットオフ(b)窒素ドープナノ多孔質グ...

11月につくばの研究機関の採用面接に行ってきました。面接の連絡を受けてから5日後に2件面接というハードなスケジュールでしたが、さきがけの実験をしながら面接スライドを準備しました。今回は前回の東大准教授面接の反省を生かして対策を立てましたが効果が発揮されるときはありませんでした。面接によって聞かれることはかなり違うようです。勉強になりました。 仙台から筑波へのルートは無難に「仙台→東京→秋葉原→筑波」というルートを取りましたが、仙台から筑波は本当に行きにくいですね。仙台→東京にかかった時間と秋葉原→筑波研究機関にかかった時間はほぼ一緒。日帰りだったのでかなり疲れました。 筑波→仙台では、今回の反省のポイントをまとめてながら今回の面接準備で溜まりに溜まった雑務を片付けながら仙台に帰りました。10月にさきがけ取ってからは無休ですね、全く・・・。 どうしてこんなに就職活動しているかわからない方への「私個人」の見解と解説 研究員就職活動理系基礎知識① ・任期 研究員には基本的に任期があり、任期なしは基本的に教授のみ ポスドク～助教：2年～5年の年俸契約による任期制 准教授：5年～10年の年俸契約による任期制、もしくは、任期なし ・任期切れ 任期が切れたら失業、研究機関を出て行かなければならない。そうならないために研究者は研究をしながら次の職を探し続ける。 ・任期はあってなくても大差ない？（私の場合） 研究者は博士課程を卒業後いろいろな研究機関を渡り歩きながら、ポスドク→助教→（講師）→准教授とキャリアアップしながら教授を目指す。転職期間は人それぞれですが、2-5年スパンで異動していくため、任期が切れる前に昇進し続けるのがキャリアアップの観点で良い。この観点でキャリアアップを優先すると転職し続けるため、任期なしの職（助教～准教授）と任期ありの職は大差がない。（テニュアトラック職は除く、詳細は 髙坂さんのブログ へ） ・私の任期 2016年12月まで。次の更新はなし このような背景で研究者は人によって転職頻度は違いますが教授になるまで就職活動をしながら研究を続けています。 伊藤良一

10月10日～10月11日に東北大学付属研究所片平キャンパスでオープンキャンパスを開催しました。今年の片平まつりは大盛況でなんと去年の2倍の人数の一般の方にきていただきました。本営の発表によると二日間で大体14000人です。私が担当した原子分子ラボツアー（電子顕微鏡一般公開）は二日間で500人くらい来て頂き、最後のほうは声が枯れました。二日目は雨がちらつく悪天候でしたが、たくさんの人に来ていただくことができ、ホストとしてはとても有意義なイベントになったと胸を張っております。ただ、嬉しい悲鳴ばかりではなく、想定以上の集客で作ってみよう系イベントは材料がほとんど尽きて予定時間より早く店じまいをするとこが多かったようです。次回の反省点として多めに準備させていただきます。 片平まつり2015の様子 次回の片平まつりは2年後です。 伊藤良一

10月10日～10月11日に東北大学片平キャンパスの全付属研究所でオープンキャンパスを開催します。最先端の研究成果を噛み砕いて一般の人でもわかるように伝えるイベントです。対象は小学生～高校生となっています。（高校生向け入試説明会ではありません。）参加型アトラクションの割合が多いので子供連れで楽しめるような構成になっています。 東北大学片平まつり2015　本部サイト 東北大学片平まつり2015　WPI-AIMRサイト 私は今回も一般向け電子顕微鏡ツアー「原子・分子ラボツアー」を担当します。やさしいセミナーに参加し損ねた方は是非「原子1個」を見に来てください。 片平まつり2013の様子 伊藤良一

当落 東大教員　不採用 さきがけ研究員　採用内定 東大面接 予想通りの結果に終わりました。初めての独立ポジションの面接ということもあり、自分の至らぬところや今後どうすればいいのかが鮮明となりとても良い勉強をさせていただきました。選考していただいた教授方に感謝をしつつ、今回の面接の反省を次回の面接に生かしたいと思います。 さきがけ面接 JST科学技術振興機構のプロジェクトであるさきがけ「再生可能エネルギーからのエネルギーキャリアの製造とその利用のための革新的基盤技術の創出」の3期生として内定を頂くことになりました。本研究提案採択は、これまでご指導をしていただいた教授陣、研究をサポートしていただいた多くの同僚、そして、本学原子分子材料科学高等研究機構(WPI-AIMR)のおかげです。ご指導・ご支援をしていただいた恩に報いるためにも、さきがけ研究総括と共に税金を無駄にしないよう頑張って研究を行い、少しでも日本のエネルギー諸問題解決に向けて科学技術面から真剣に取り組んでいく所存です。 私がさきがけプロジェクトで担当する概要 再生可能エネルギーは天候や環境などに大きく左右されるため発電のため不安定供給が難しく（例えば、曇ったら発電できない）、また、電力消費地から遠い僻地での発電は発電地と都市を繋ぐ送電コストが高く、折角発電した電力が有効に使われないという問題点がありました。このような有効活用されていない電力をエネルギーキャリア（水素、アンモニア、メタンなどの分子）という形に一旦変換し、保存＆運搬をしようというのがエネルギーキャリアの主旨の一つだと考えています。つまり、電気は貯められませんがエネルギーキャリアに一旦変換してしまえば、長期保存＆圧縮運搬が可能になります。このような電気の貯蓄を可能にする基盤技術の開発を目指します。この基盤技術が理想的に完成した暁には、例えば再生可能エネルギーから水素生産が可能となり燃料電池車普及に必要とされている水素ステーション等の水素供給源の一つになると期待されています。 再生可能エネルギーからのエネルギーキャリアの製造とその利用のための革新的基盤技術の創出 平成27年度　戦略的創造研究推進事業（さきがけ）の新規研究課題及び評価者について（第1期） 伊藤良一

今回、科学技術振興機構(JST)戦略的創造研究推進事業の一環として、東北大学原子分子材料科学高等研究機構(AIMR)の陳研究室から私が開発しているナノ多孔質グラフェンを使った高性能なリチウム空気電池の開発に成功しました。現在の電気自動車に使われているリチウムイオン電池の電気容量では、200 km程度しか走行できず、ガソリン車並に走行距離を伸ばすために新しいタイプの大容量の蓄電池の開発が望まれています。次世代電池は液漏れしない安全な全固体電池と確実視されていますが、このリチウム空気電池は全固体電池のさらに次の世代の革新的電池と期待されている一つの蓄電池であり、理論的な走行距離は500-1000 kmといわれています。本論文は1回の充電で500-600 km走行でき、かつ、100回以上充電できるプロトタイプ電池を報告したものであり、現在発表されているリチウム空気電池の中では世界最高レベルの性能です。まだまだ基礎的な課題が多く実用化には10年くらいの期間を要すると予想されていますが、今後は企業と連携しながら実用化に向けた更なる基礎研究の完成を目指していきます。 詳細はこちらの プレスリリース に記載されています。 図１　リチウム空気電池とその予想されている反応メカニズム （ａ）　リチウム空気電池の動作原理。 （ｂ）　コイン型電池を用いた実物大のリチウム空気電池の写真。 （ｃ）　ナノ多孔質グラフェン電極上の化学反応の様子と表面で行われているとされる化学反応式。 論文は・・・残念ながら有料公開です。 タイトル 3D Nanoporous Nitrogen-Doped Graphene with Encapsulated RuO2 Nanoparticles for Li–O2 Battery 雑誌のサイト 伊藤良一

9月2日に東北大学原子分子材料科学高等研究機構(WPI-AIMR)にてやさしい科学セミナーを開催いたしました。対象は宮城県仙台第一高等学校の化学部と物理部の高校生合計20名でした。宮城県のトップランクの高校、かつ、化学部と物理部所属ということもあって講義の内容に踏み込んだ鋭い質問が多く、非常に利発で将来に期待が持てる有望な学生達でした。今回のセミナーは山田道夫先生(2015年度採択)のアンケートの結果にある「分断されている教科（例えば数学、物理、化学）が大学進学後どのように繋がっていくのか」を意識して準備を進めました。本セミナーを通じて少しでも科学の面白さを伝えられて大学院で行われている先端研究に興味を持って頂けたら幸いです。定員オーバーで参加できなかった方もYoutubeで少しでも最先端研究の一端に触れていただければと思います。また、このような科学セミナーを通じて日本の将来を担う若い世代に、研究職や大学進学への動機や活力になれば嬉しいです。 内容については理解をしてもらうことを優先にかなり噛み砕いて説明しましたので突っ込みどころがありますが、Youtubeのほうを見ていただくと今回のセミナーの様子がわかると思います。また、セミナーの写真をいくつか掲載しておきます。 講義中の写真 実験中の写真 宮城県仙台第一高等学校の化学部と物理部の高校生達との集合写真 今回は実験補助スタッフとして 東北大学原子分子材料科学高等研究機構(WPI-AIMR) 藤田武志准教授 東北大学原子分子材料科学高等研究機構(WPI-AIMR) 杉山一生特別研究員(PD) 東北大学原子分子材料科学高等研究機構(WPI-AIMR) 韓久慧(Jiuhui Han)東北大学総長特別奨学生（博士課程） のサポートを受けて開催されました。 最後に、お忙しい中来ていただいた一高生の皆様、準備を手伝ってくださった顧問の先生、AIMRアウトリーチの皆様、国際科学技術財団皆様ありがとうございました！ そして宣伝ですが、東北大学オープンキャンパス片平祭りでも同じようなデモンストレーションを行います。今回機会を逃した方、興味が出た方、是非片平祭りではWPI-AIMRの研究所に見学に来てください。 伊藤良一