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 異種材料(金属/樹脂)接合界面の構築(マルチマテリアル化) 


 
 カーボンナノチューブ複合めっきによる機能性材料の創製
(熱伝導・電気伝導性材料/電気接点部品などへの応用) 
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 Joint based on Electroplating Technique 

地球温暖化対策としてのCO2削減と省エネルギー化が求められています。自動車などの移動体のCO2排出量は世界のCO2排出量のおよそ20 %を占めています。自動車産業では単一の鋼板製車体が多くを占めていて、自動車の軽量化に向けた各種構造材料の特徴を生かした適材適所の材料配置、マルチマテリアル化の推進が進んでいます。鉄鋼をしのぐ強度と軽量の2つの性質をあわせもつCFRP(炭素繊維強化樹脂)を車体材料として用いることにより自動車の約55~80%の軽量化が期待され、これに基づく燃費向上によりCO2排出量を削減できる可能性があります。私たちの研究室では、複合めっき技術を駆使して表面を粗面化した鉄鋼と樹脂との密着性強化に取り組んでいます。

​その他、複合めっき法を用いて様々な機能性材料(熱・電気伝導体)の開発を行っています。例えば、最近では非シアン系Agめっき浴とのCO2排出量のおよそ20 %を占めています。自動車産業では単一の鋼板製車体が多くを占めていて、自動車の軽量化に向けた各種構造材料の特徴を生かした適材適所の材料配置、マルチマテリアル化の推進が進んでいます。鉄鋼をしのぐ強度と軽量の2つの性質をあわせもつCFRP(炭素繊維強化樹脂)を車体材料として用いることにより自動車の約55~80%の軽量化が期待され、これに基づく燃費向上によりCO2排出量を削減できる可能性があります。

Refs.)

・S. Arai et al., Advanced Engineering Materials, 22 (2020) 2000739.

・S. Arai et al., Metals, 11 (2020) 591.

・S. Arai et al., Materials Letters, 261 (2020) 126993.

・S. Arai et al., Journal of The Electrochemical Society, 164 (2) (2017) D72−D74.

・S. Arai et al., Journal of The Electrochemical Society,163(14) (2016) D774−D779.

・S. Arai et al., Journal of The Electrochemical Society, 163 (2) (2016) D54−D56.

・S. Arai et al., Journal of The Electrochemical Society, 162 (1) (2015) D68−D73.

・S. Arai et al., Surface and Coatings Technology, 254 (2015) 224−229.

・Z. Zhang et al., Journal of Alloys and Compounds,  816 (2020) 152585. 

 金属電析・インターカレーション (蓄電池反応への展開)
~水系・非水系・イオン液体(室温溶融塩)などから~
 ヒドロニウムイオンの電気化学反応への活用
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 Rechargeable Batteries 
 Rechargeable Batteries / Electrodeposition 

​再生可能エネルギーの有効活用に基づく低炭素社会の実現に向けて、蓄電池に関する研究に取り組んでいます。

また、室温溶融塩中での電析反応において、イオン液体のカチオン・アニオン構造効果がもたらす効果についても検討しています。

​1) 多価カチオンのインターカレーションとその電池反応への応用

  -1) Mg, Ca, Znイオンなど多価イオンの可逆的な挿入脱離反応の試み

  -2) 可逆的なMg析出-溶解反応を可能にする人工SEIの構築

2) 水系・非水系電析/イオン液体電解質からの金属電析(Zn, Liなど)と次世代蓄電池への応用

  -1) Znの析出形態制御:水系電解質・非水電解質(室温溶融塩を含む)

  -2) Na塩含有型電解液を用いたZn負極-ナトリウムイオン電池正極の組み合わせに関する検討

3) ヒドロニウムイオンの電気化学反応

  -1) プロトン吸蔵ホスト材料探索

  -2) プロトン伝導電解液の検討(活物質溶出抑制など)

4) 蓄電池要素材料の開発

  -1) Czochralski法により調製した不純物ドープSiの電気化学的Li化・脱Li化特性に関する基礎検討(学内共同研究)

  -2) 粗面化基板の電気化学創製,CNT複合基板の蓄電池集電体への応用

Refs.)

・M. Shimizu et al., The Journal of Physical Chemistry C, 127 (2023) 17677–17684.

・M. Shimizu et al., ChemElectroChem, 9 (2022) e202200016.

・M. Shimizu et al., Physical Chemistry Chemical Physics, 23 (2021) 16981-16989.

・M. Shimizu et al., ACS Applied Energy Materials, 4 (2021) 7922-7929.

・M. Shimizu et al., The Journal of Physical Chemistry C, 124 (2020) 13008–13016.

・M. Shimizu et al., RSC Advances,  9 (2019) 21939–21945.

・M. Shimizu et al., Journal of The Electrochemical Society,  166 (10) (2019) A2242–A2244.

・M. Shimizu et al., Physical Chemistry Chemical Physics, 21 (2019) 7045–7052.
​・M. Shimizu et al., ACS Applied Energy Materials, 1 (2018) 6865–6870.

・M. Shimizu et al., Journal of The Electrochemical Society, 165 (13) (2018) A3212–A3214.​

・M. Shimizu et al., Physical Chemistry Chemical Physics, 20 (2018) 1127–1133.
・M. Shimizu et al., ACS Omega, 2(8) (2017) 4306–4315.

​・M. Shimizu et al., Physical Chemistry Chemical Physics,18 (2016) 5139−5147.

・M. Shimizu et al., The Journal of Physical Chemistry C,119(6) (2015) 2975−2982.

・M. Shimizu et al., The Journal of Physical Chemistry C, 121 (2017) 27285–27294.

・M. Shimizu et al., Materials Letters, 220 (2018) 182–185.

・M. Shimizu et al., Journal of The Electrochemical Society, 167 (2020) 070516.

 めっきによる機能性材料の創製 
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 Electrodeposition (Aqueous, Non-aqueous, Ionic Liqquids) 

水系電解質溶液を用いた金属電析とその構造体制御やそれらに基づく機能性材料の創製を行っています。

例えば上記の図は、一般的な硫酸Cuめっき浴にポリアクリル酸(PAA)を加えることで得たCuシートの電子顕微鏡像です。PAA濃度や電析電流密度を調節することでCuシートの形態を任意に制御することが可能です。このような構造体制御に興味をもち、その基礎研究を行っています。私たちの研究室では、複合めっき技術を駆使して表面を粗面化した鉄鋼と樹脂との密着性強化に取り組んでいます。​その他、複合めっき法を用いて様々な機能性材料(熱・電気伝導体)の開発を行っています。例えば、最近では非シアン系Agめっき浴とCNTとの複合化による電気接点部品の開発などにも注力しています。右図はAg/CNT複合めっきのSEM像です。CNTの導入により潤滑性を向上させることでEV用急速充電コネクタ(接点)としての応用がひらけてきます。

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