エネルギー変換・輸送・貯蔵の未来を開拓
本研究室は，エネルギーの変換・輸送・貯蔵の高度化をめざして2019年9月にスタートした新しい研究室です．現在は高温燃料電池や二次電池といった電気化学デバイス内の現象や，炭化水素やアンモニア混合燃料の触媒反応（改質・酸化・熱分解）を対象に，熱・物質・電荷輸送という機械工学的な観点からアプローチし，ミクロからマクロにわたる複雑な現象を解明するとともに，これらデバイスの更なる展開につながる本質的な理解をめざしています．また新たなエネルギーシステムの創出に向けた研究を行っています．
研究テーマ
熱工学・伝熱工学・流体工学を基盤にエネルギーの変換・輸送・貯蔵の高度化をめざした研究を行っています．近年は電気化学デバイスの電極や各種触媒など，多孔質体における熱・物質・電荷輸送現象の解明と制御に取り組んでいます．またこれらデバイスのマクロスケールでの熱制御や，新規なエネルギーシステムの創出に向けた研究を行っています．最近の研究テーマの例は以下の通りです．
1. SOFC電極の構造と性能に関する研究
高い発電効率で注目を集める固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell: SOFC）の性能は，多孔質である電極の構造に強く依存します．本研究室では，主として”構造と機能”という機械工学的観点から，高性能かつ高耐久の電極あるいはセルを実現するための研究を行っています．
①セルを自作する，②作製したセルの性能を評価する，③評価前後のセルの構造を解析・定量化する，④得られた構造データを独自に開発した電極あるいはセルの発電シミュレーションプログラムに適用することで構造と性能の関係を調べる，といったプロセスを一貫して研究室内で実施することができます．
2. 新規な高温二次電池の研究
下図は，新しいコンセプトの二次電池（充電池）である固体酸化物形鉄-空気電池です．水素と酸素の反応により水蒸気が生成される過程で電力と熱が得られる燃料電池モードと，電力と熱を加えることで水蒸気を水素と酸素に分解する電解モードの双方向の運転が可能な固体酸化物形電気化学セル（Solid Oxide Electrochemical Cell, SOEC）と，鉄多孔質体の酸化還元反応を組合わせています．本質的には鉄の酸化還元によるエネルギー貯蔵なので，安価な大容量エネルギー貯蔵装置となる可能性があります．本研究室では、SOECの高電流密度化や，反応に伴い構造変化が生じる鉄多孔質体におけるガス拡散などの要素研究のほか，システム化した場合のエネルギー解析を行っています．
３ 触媒反応を伴う熱流動場の現象解明と制御
流路に充填したり，あるいは固体面に担持した触媒に反応性ガスを供給する系における，熱・物質輸送現象の解明と制御に関する研究を行っています．炭化水素燃料の改質反応，酸化（燃焼）反応や，アンモニアの熱分解反応などを対象としています．下図は，最も基礎的な形状のひとつである平板表面に担持した触媒において，メタンの部分酸化反応あるいはメタンの水蒸気改質反応が生じた時の触媒表面温度分布計測の例です．ガス組成の測定や，一般的に多孔質体である触媒の微構造解析，反応を伴う熱流動数値シミュレーション等を通じた現象の理解と，高効率で安全な運転のための制御法確立へ向けた検討を行っています．
| プロジェクト | 保有設備 | 発表論文 | 学位論文 |
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