公募要領_早稲田大学国際理工学センターCSCEメジャー

演題：L_n estimates for a class of degenerate or singular equations

日時：2023年6月29日(木)15：30-17：30

会場： 西早稲田キャンパス    55号館N棟1階第２会議室

講師：Hongjie Dong(Professor at Brown University)

対象：学部生・大学院生、教職員、学外者、一般の方

参加方法：入場無料、直接会場へ

主催：先進理工学研究科　物理学及応用物理学専攻

問合せ：早稲田大学 理工センター 総務課

TEL：03-5286-3000

「Rikohティータイムシンポジウム」は、理工系研究者や技術者を目指して勉強や研究に励む学生や研究者の皆さんに、おそらく何年か後に、あっというまにおとずれるかもしれない人生の岐路のいくつかについて、身近に、そして具体的にイメージできる場の提供を目的として、2015年から開催しています。

第9回を迎える今回のテーマは「大学院のすゝめ」。

「大学院での学び」に焦点を当て、大学院博士課程から企業・大学で活躍されているお二人をお招きします。大学院への進学、その後それぞれの道を選択し、歩みをすすめていらっしゃる講師の話を聞いて、ぜびご自身のキャリアや将来像を考えるヒントを見つけてください。

第2部では、講師・司会の他、本学大学院生（修士・博士）にも参加いただき、参加者の皆さんからの質問、疑問にお答えしていきます。ディスカッションを通して何らかのヒントを学び取ってください。

日時

2023年7月28日（金）15：30 – 17：15（受付開始15:15）

対象

本学の理工系研究者・学生・関係教職員　附属・系属校生徒

会場

西早稲田キャンパス 63号館202教室
※Campus Map

オンライン（Zoomウェビナー）
※当日会場での参加が難しい場合は、オンライン参加も可能です。申し込み時にオンライン参加を選択された方にのみウェビナー情報をお送りします。

言語

日本語

申込方法

事前申込制（以下申込フォームからお申し込みください）

当日のご案内はイベント前日までに登録いただきましたメールアドレス宛にお知らせいたします。

スケジュール（予定）

■第１部（講師講演）
15:30　開会・挨拶
15:35　講師講演
16:10　第１部終了予定

■第２部（講師・大学院生と参加者によるパネルディスカッション）
16:10　キャリア講義（司会より）
16:20　講師・大学院生と参加者によるパネルディスカッション
17:00　自由歓談
17:15     第２部終了・閉会予定

講師（アドバイザー）

橋田　朋子（HASHIDA Tomoko)　氏　理工学術院教授

＜略歴＞
2003年 東京藝術大学音楽学部楽理科卒業
2008年 東京大学大学院学際情報学府博士課程単位取得退学

博士（学際情報学）。東京大学（IML・情報理工学系研究科）特任研究員, 早稲田大学基幹理工学部表現工学科専任講師, 同准教授を経て2021年より現職。よく知っているようで思いがけないモノ・コトを作り、身近な対象の再発見や新たな価値化を目論む研究・作品制作に従事。 https://tomokohashida.tumblr.com

＜メッセージ＞
大学院では恩師や尊敬する研究者仲間をはじめ、沢山の人との出会いに恵まれました。また授業や研究に加えて、多様なプロジェクトやアウトリーチ活動の機会があり、社会との接点を感じながら活気のある毎日を送りました。私は学部と大学院で大きく専門を変えましたが、好奇心の赴くままに全力投球していると、色々な方が力になって下さり、分野もキャリアも道が開けたように思います。このシンポジウムでは皆さんがポジティブに未来を考えるお手伝いができたら嬉しいです。

新里　絵美（NIISATO Emi）氏　ユーシービージャパン株式会社　メディカルアフェアーズ本部　ニューロロジーメディカルサイエンス部　メディカルサイエンスリエゾン

＜略歴＞
2003年 – 2007年3月 明治大学理工学部物理学科卒業
2007年 – 2008年9月 University of Edinburgh, College of medicine and veterinary medicine, School of Biomedical Science　卒業
2009年 – 2012年3月 早稲田大学大学院先進理工学研究科生命医科学専攻 博士後期課程修了 博士（理学）

2010年10月 – 2010年12月 ベーリンガーインゲルハイム ジャパン株式会社
所属：Molecular & Cellular Biology Department
役職：研究員（インターンシップ）
2012年4月 – 2016年10月 シーメンスヘルスケア株式会社
所属：カスタマーサービス本部　アプリケーション事業部
役職：アプリケーションスペシャリスト
2016年 – 2020年10月 Siemens Healthcare Limited, Taiwan
所属：マーケティング部　ダイアグノスティック
役職：MRリサーチコラボレーションサイエンティスト
2020年 12月 – 現在 ユーシービージャパン株式会社
所属：メディカルアフェアーズ本部　ニューロロジーメディカルサイエンス部
役職：メディカルサイエンスリエゾン

＜メッセージ＞
国内女性の博士課程進学者はまだまだ少ないですが、幸運なことにそれを壁に感じたりすることもなく、高校生の頃から研究者になりたいと思っていました。ところが、海外で修士課程を卒業したことをきっかけに、博士課程に進んだ後は企業で働きたいと強く思うようになりました。国内外の医療機器業界で8年勤めた後製薬業界にシフトチェンジした経験を持つので、将来様々な可能性が広がっていることをお伝えできればと思っています。

※司会進行：高山　あかり　氏　早稲田大学理工学術院　准教授

主催

早稲田大学ダイバーシティ推進室

共催

早稲田大学理工学術院

後援

早稲田大学キャリアセンター

参加にあたっての注意事項

• イベントの撮影、録画、録音は固くお断りいたします。
• イベント後、「開催報告」として記事をWEBサイト等に一部公開いたします。そのため、イベント内容を録画、会場の様子を写真撮影いたします。あらかじめご了承ください。

特別な配慮が必要な方へ

ご参加にあたり、特別な配慮を希望される方は、6月30日（金）までに[email protected]へご希望の内容をお知らせください。
事前にご相談のうえ、可能な範囲で対応をさせていただきます。

お問い合わせ先

早稲田大学ダイバーシティ推進室
E-mail：[email protected]

演題：Necessity is the Mother of Invention: Natural Products and the Chemistry They Inspire

日時：2023年9月15日(金)16：30－18：10

会場：西早稲田キャンパス　62号館森村記念ラウンジ　(62号館1階)

講師：Sarah E. Reisman（カリフォルニア工科大学・教授）

対象：学部生・大学院生、教職員、学外者、一般の方

参加方法：入場無料、直接会場へお越しください。

主催：先進理工学研究科　応用化学専攻

問合せ：早稲田大学 理工センター 総務課

TEL：03-5286-3000

演題：メタボロミクスの精密表現型解析への応用

日時：2023年7月14日(金) 17：00 – 18：40

会場：早稲田大学　120-5号館　121会議室

講師：福崎　英一郎（大阪大学大学院工学研究科　生物工学専攻　教授）

対象：学部生・大学院生、教職員、学外者、一般の方

参加方法：入場無料、直接会場へお越しください。

主催：早稲田大学 先進理工学部　生命医科学科

問合せ：早稲田大学 理工センター 総務課

TEL：03-5286-3000

演題：Breakthroughs in Solid Sorbents for CO2 Capture

日時：2023年7月18日(火)10：00－12：00

会場：西早稲田キャンパス　55館S棟610ゼミ室

講師：Jeong Gil Seo（Associate Professor, Hanyang Univ.）

対象：学部生・大学院生、教職員、学外者、一般の方

参加方法：入場無料、直接会場へお越しください。

主催：先進理工学研究科　応用化学専攻

問合せ：早稲田大学 理工センター 総務課

TEL：03-5286-3000

演題：「糖質科学のすゝめ」

日時：2023年6月30日(金)15：05－16：45

会場：西早稲田キャンパス　56号館　1階101教室

講師：高橋　大介（慶應義塾大学理工学部応用化学科　准教授）

対象：学部生・大学院生、教職員、学外者、一般の方

参加方法：入場無料、直接会場へお越しください。

主催：先進理工学研究科　応用化学専攻

問合せ：早稲田大学 理工センター 総務課

TEL：03-5286-3000

演題：最も有名ながん抑制遺伝子p53はどのようにがんを抑制するのか？

日時：2023年6月２2日(木)17：00－18：40

会場：西早稲田キャンパス　52号館　3階303号室

講師：大木 理恵子（基礎腫瘍学ユニット 独立ユニット長(国立がん研究センター)）

対象：学部生・大学院生、教職員、学外者、一般の方

参加方法：入場無料、直接会場へお越しください。

主催：先進理工学研究科　化学・生命化学専攻

問合せ：早稲田大学 理工センター 総務課

TEL：03-5286-3000

A Novel, Completely Solid, Rechargeable Air Battery

 A benzoquinone-based negative electrode and solid Nafion polymer electrolyte are used in this first-of-its-kind battery

Solid-state batteries use solid electrodes and solid electrolytes, unlike the more commonly known lithium-ion batteries, which use liquid electrolytes. Solid-state batteries overcome various challenges associated with liquid-based batteries, such as flammability, limited voltage, unstable reactants, and poor long-term cyclability and strength. Making advances in this field, researchers recently demonstrated an all-solid-state rechargeable air battery composed of a redox-active organic negative electrode and a proton-conductive polymer electrolyte.

Metals are typically used as active materials for negative electrodes in batteries. Recently, redox-active organic molecules, such as quinone- and amine-based molecules, have been used as negative electrodes in rechargeable metal–air batteries with oxygen-reducing positive electrodes. Here, protons and hydroxide ions participate in the redox reactions. Such batteries exhibit high performance, close to the maximum capacity that is theoretically possible. Furthermore, using redox-active organic molecules in rechargeable air batteries overcomes problems associated with metals, including the formation of structures called ‘dendrites,’ which impact battery performance, and have negative environmental impact. However, these batteries use liquid electrolytes—just like metal-based batteries—which pose major safety concerns like high electrical resistance, leaching effects, and flammability.

Now, in a new study published in Angewandte Chemie International Edition on May 2, 2023, a group of Japanese researchers have developed an all-solid-state rechargeable air battery (SSAB) and investigated its capacity and durability. The study was led by Professor Kenji Miyatake from Waseda University and the University of Yamanashi, and co-authored by Professor Kenichi Oyaizu from Waseda University.

The researchers chose a chemical called 2,5-dihydroxy-1,4-benzoquinone (DHBQ) and its polymer poly(2,5-dihydroxy-1,4-benzoquinone-3,6-methylene) (PDBM) as active materials for the negative electrode due to their stable and reversible redox reactions in acidic conditions. In addition, they utilized a proton-conductive polymer called Nafion as the solid electrolyte, thereby replacing conventional liquid electrolytes. “To the best of my knowledge, no air batteries based on organic electrodes and solid polymer electrolyte have been developed yet,” says Miyatake.

After the SSAB was in place, the researchers experimentally assessed its charge–discharge performance, rate characteristics, and cyclability. They found that unlike typical air batteries that use a metallic negative electrode and an organic liquid electrolyte, the SSAB did not deteriorate in the presence of water and oxygen. Furthermore, replacing the redox-active molecule DHBQ with its polymeric counterpart PDBM formed a better negative electrode. While the per gram-discharge capacity of the SSAB-DHBQ was 29.7 mAh, the corresponding value of the SSAB-PDBM was 176.1 mAh, at a constant current density of 1 mAcm^-2.

The researchers also found that the coulombic efficiency of SSAB-PDBM was 84% at 4 C rate, which gradually decreased to 66% at 101 C rate. While the discharge capacity of SSAB-PDBM reduced to 44% after 30 cycles, by increasing the proton-conductive polymer content of the negative electrode, the researchers could significantly improve it to 78%. Electron microscopic images confirmed that the addition of Nafion improved the performance and durability of the PDBM-based electrode.

This study demonstrates the successful operation of an SSAB comprising redox-active organic molecules as the negative electrode, a proton-conductive polymer as the solid electrolyte, and an oxygen-reducing, diffusion type positive electrode. The researchers hope that it will pave the way for further advancements. “This technology can extend the battery life of small electronic gadgets such as smartphones and eventually contribute to realizing a carbon-free society,” concludes Miyatake.

Reference

Authors

Makoto Yonenaga¹, Yusuke Kaiwa², Kouki Oka^2,3, Kenichi Oyaizu², and Kenji Miyatake¹

Title of original paper

All-Solid-State Rechargeable Air Batteries Using Dihydroxybenzoquinone and Its Polymer as the Negative Electrode

Journal

Angewandte Chemie International Edition

DOI

10.1002/anie.202304366

Affiliations

¹Clean Energy research Center, Fuel Cell Nanomaterials Center, University of Yamanashi
²Department of Applied Chemistry, Research Institute for Science and Engineering, Waseda University
³Center for Future Innovation (CFI) and Department of Applied Chemistry, Graduate School of Engineering, Osaka University

Funding Information

This work was partly supported by the Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology (MEXT), Japan, through Grants-in-Aid for Scientific Research (18H05515, 23H02058), MEXT Program: Data Creation and Utilization Type Material Research and Development Project (JPMXP1122712807), and JKA promotion funds from AUTORACE.

About Waseda University

Located in the heart of Tokyo, Waseda University is a leading private research university that has long been dedicated to academic excellence, innovative research, and civic engagement at both the local and global levels since 1882. The University has produced many changemakers in its history, including nine prime ministers and many leaders in business, science and technology, literature, sports, and film. Waseda has strong collaborations with overseas research institutions and is committed to advancing cutting-edge research and developing leaders who can contribute to the resolution of complex, global social issues. The University has set a target of achieving a zero-carbon campus by 2032, in line with the Sustainable Development Goals (SDGs) adopted by the United Nations in 2015.

To learn more about Waseda University, visit https://www.waseda.jp/top/en

About Professor Kenji Miyatake

Kenji Miyatake received his Ph.D. degree in chemistry from Waseda University in 1996. He was a Japan Society for the Promotion of Science (JSPS) postdoctoral fellow at McGill University from 1999 to 2001. In 2001, he was offered an associate professor position at the Clean Energy Research Center at the University of Yamanashi, where he currently serves as a professor. He also holds a professor position in his alma mater since 2020. He is also a Fellow of the Royal Society of Chemistry.

演題：Immiscibility-driven Folding in Periodically Grafted Amphiphilic Polymer

日時：2023年7月18日(火)9：00－10：40

会場：西早稲田キャンパス　55S号館　510号室

講師：Ramakrishnan Subramaniam（Indian Institute of Science　教授）

対象：学部生・大学院生、教職員、学外者、一般の方

参加方法：入場無料、直接会場へお越しください。

主催：先進理工学研究科　応用化学専攻

問合せ：早稲田大学 理工センター 総務課

TEL：03-5286-3000

演題：海洋遺伝資源および塩基配列データの利用に関する国際的規制

日時：2023年6月20日(火) 15：00 – 16：40

会場：早稲田大学　120-5号館　121会議室

講師：本田　悠介（神戸大学大学院　海事科学研究科　准教授）

対象：学部生・大学院生、教職員、学外者、一般の方

参加方法：入場無料、直接会場へお越しください。

主催：早稲田大学 先進理工学部　生命医科学科

問合せ：早稲田大学 理工センター 総務課

TEL：03-5286-3000

「令和5年度科学技術分野の文部科学大臣表彰」において、本学から5名の研究者が受賞しました。
科学技術の発展等に寄与する可能性の高い独創的な研究又は発明を行った研究者を表彰する「科学技術賞（研究部門）」に理工学術院の 尾形哲也教授、柴田重信名誉教授、竹山春子教授、ゲスト・マーティン教授、萌芽的な研究・独創的視点に立った研究等高度な研究開発能力を示す顕著な研究業績をあげた若手研究者を表彰する「若手科学者賞」に、理工学術院の水内良専任講師が選ばれました。
以下に、各受賞者のコメントを掲載いたします。

科学技術賞　研究部門

受賞業績：深層予測学習によるロボットのマルチタスク学習に関する研究
理工学術院　尾形 哲也　教授

受賞コメント
この度は、「深層予測学習によるロボットのマルチタスク学習に関する研究」に対し、文部科学大臣科学技術賞を受賞することができ、大変光栄に思っております。ロボットの知覚と身体運動の実時間予測を深層学習により実現することで、ロボットが複数のタスクを学習し、実世界での活動を自律的かつ効率的に行える方法論を追求しました。今回の研究成果は、ロボット工学の分野における新たな展望を切り拓くものであり、今後、産業応用、医療分野、災害対応など実社会の多様な分野への応用が期待できると考えています。受賞には、これまでに研究に関わってくれた多くの皆様の協力と支援がありました。改めて受賞に対して心からの感謝の意を表し、これからも一層の研究成果を追求していく覚悟をお伝えしたいと思います。ありがとうございました。。

受賞業績：時間栄養と時間運動の確立と健康科学への応用研究
理工学術院　柴田 重信　名誉教授

受賞コメント
この度は、栄誉ある科学技術賞 研究部門を頂戴し、大変光栄に存じております。この研究にかかわっていただいた皆様、特に研究室所属の大学院生スタッフ、さらに共同研究先の方々には大いに感謝しております。
本研究は、体内時計に支配される時間軸の健康科学を推進する一環として、食事や栄養素を摂るタイミングや運動のタイミングの重要性を学問的に明らかにしました。従来、健康維持には食物の内容、調理法、量についての要素が重要視されてきましたが、今回の発見により同じ食物でも朝食や夕食で効果が異なるなど摂取するタイミングも重要な要素であることが分かりました。運動も然りで、運動効果に対するタイミングの違いを明らかにしてきました。時間栄養学や時間運動学という新たな学問分野が開拓され、時間軸の健康科学の発展が期待されます。
引き続き、研究成果の社会実装に向け研究を続けており、今後ともご指導ご鞭撻をよろしくお願い申し上げます。

受賞業績：シングルセル技術による環境有用微生物の深層解析研究
理工学術院　竹山 春子　教授

受賞コメント
科学技術賞を頂くことができて大変光栄に思います。研究を支えてくださった先生方、研究室のスタッフ・メンバーには深く感謝いたします。
先進理工学部生命医科学科創立とともに研究室を立ち上げ、今回受賞に至った環境微生物のシングルセル解析技術の開発研究をスタートしました。環境に存在する多くの難培養性微生物の利活用が目的でした。将来どのような場所でも解析ができる技術を目標として、ドロップレットを用いたシングルセルのハンドリング方法、さらにはゲノム解析と進みました。また、ラマン分光法と出会ったことで、既存の機器分析手法では不可能であったシングルセルレベルでの代謝産物同定を可能とする道が開かれました。微生物シングルセルオミックス解析技術が多くの研究に貢献できるよう、プラットホーム化を産官学連携で進めております。
新技術が新たな道を拓く、という信念で今後もさらなる発展に努めたいと思います。今後とも皆様のご支援よろしくお願いいたします。

受賞業績：tt*方程式および量子コホモロジーに関する一連の研究
理工学術院　ゲスト・マーティン　教授

受賞コメント
I am very honoured to receive the Science and Technology Award in the Research Category. It has been a great privilege for me to have worked as a professor in Japan for more than 20 years, and I deeply appreciate the kindness of my friends and colleagues here, which have made this possible. My research area is differential geometry, a subject which combines algebra and analysis with geometrical ideas. The problems we study are often related to theoretical physics – quantum theory, string theory, mirror symmetry, and so on. Building the mathematical foundations of this area in the 21st century is a huge task, and one that is truly international. Until the 19th century, mathematics was regarded as a subject for brilliant young men (mostly European). In the 21st century the subject is too broad for any one man; everyone is needed: young and old, men and women, black and white, from every country. I would like to express my sincere gratitude for the opportunities I have received to take part in this endeavour.

若手科学者賞

受賞業績：自己複製分子システムを用いた原始生命進化に関する研究
理工学術院　水内 良　専任講師

受賞コメント
この度は文部科学大臣表彰若手科学者賞を受賞し、誠に光栄に存じます。
これまでご指導やご助言賜った先生方、選考委員の皆様に心より感謝申し上げます。本研究では、生命の起源という自然科学の根源的な問いに挑戦しました。原始生命の痕跡は現存生命や化石には残っておらず、これまではその進化過程を推測するほかありませんでしたが、原始生命を模擬した分子のシステムを試験管内で構築し、それを実験室の中で進化させることで、原始生命にありえた進化の道筋を直接観察できるようになりました。このような基礎研究を高く評価していただいたことを心より嬉しく思っています。
私は本賞の受賞とともに、2023年4月に早稲田大学に着任し、新たに研究室を主宰しております。これからは研究室メンバーと共に生命の起源の謎に迫り、また研究成果を合成生物学における技術開発へと繋げていきたいと考えています。今後ともご指導ご鞭撻を賜りますようお願い申し上げます。

演題：臓器老化モデルマウスを用いたファンクショナルフードの機能性解析

日時：2023年6月14日(水)10：00－11：40

会場：西早稲田キャンパス　55号館S棟　601号室

講師：清水　孝彦（国立長寿医療研究センター　老化ストレス応答研究PT　プロジェクトリーダー）

対象：学部生・大学院生、教職員、学外者、一般の方

参加方法：入場無料、直接会場へお越しください。

主催：先進理工学研究科　化学・生命化学専攻

問合せ：早稲田大学 理工センター 総務課

TEL：03-5286-3000

繰り返し充放電可能な全固体空気二次電池を開発

高分子電解質膜と酸化還元活性な有機化合物を組み合わせる

【発表のポイント】

水素イオン（プロトン）を可逆的に取り込みできる有機化合物とプロトン伝導性の高分子薄膜を組み合わせて、繰り返して充放電できる全固体空気二次電池を開発した。

一定速度（放電レート15C）における発電で、30サイクル繰り返し充放電可能なことを確認した。

小型軽量で液漏れや発火の危険性がなく折り曲げても使える可能性があるため、モバイル機器などへの応用が期待できる。

山梨大学クリーンエネルギー研究センター・早稲田大学理工学術院の宮武 健治（みやたけ けんじ）教授、早稲田大学理工学術院の小柳津 研一（おやいづ けんいち）教授らの研究グループは、水素イオン（プロトン）を可逆的に取り込みながら酸化還元反応する有機化合物とプロトン伝導性の高分子薄膜を組み合わせることにより、繰り返し充放電することができる「全固体空気二次電池」を開発しました。

空気電池^※1は空気中の酸素（正極活物質）と金属（負極活物質）、イオン伝導性の電解質から構成される電池ですが、多くの場合液体電解質を用いているため、液体の漏れや蒸発、発火など安全性に課題があります。また、負極活物質が酸素や水分により劣化することも課題となっています。本研究により、プロトン伝導性高分子薄膜^※２を電解質に、酸化還元活性な有機化合物を負極活物質に用いることで、可搬性と安全性に優れ、繰り返して充放電して使用することができる全固体空気二次電池の開発に成功しました。一定速度（放電速度15C）における発電実験で、30サイクル繰り返して充放電が可能であることも確認されました。今後、構成材料の高性能化・最適化や耐久性などを改善することで、携帯電話や小型電子デバイスなどモバイル機器用の電源として応用できる可能性があります。

本研究成果は、2023年5月16日（火）にドイツ化学会が発行するハイインパクトの学術雑誌『Angewandte Chemie International Edition』のオンライン版で公開されました。

【論文情報】
雑誌名：Angewandte Chemie International Edition
論文名：All-Solid-State Rechargeable Air Batteries Using Dihydroxybenzoquinone and Its Polymer as the Negative Electrode
DOI：10.1002/anie.202304366

(1) これまでの研究で分かっていたこと

繰り返し充放電が可能な二次電池は携帯機器や電気自動車など様々な分野に応用されており、小型軽量化、高容量化、低コスト化を目指した研究が世界的に活発に進められています。なかでも正極の活物質に空気中の酸素を使う空気二次電池は、他の二次電池と比べて著しく高い理論エネルギー密度を持つことから注目を集めています。

これまでの空気二次電池は負極活物質としてリチウムなどの金属、電解質として非水系の有機電解質溶液が主に用いられていますが、負極活物質の劣化や電解液の漏れ出しなど多くの課題があります。固体電解質を用いた全固体空気電池も提案されていますが、負極の課題は解決されていません。

最近、負極活物質に酸化還元活性な有機化合物を用いた空気二次電池がいくつか開発されました（Li et al., Chem, 5, 2159-2170, 2019: Oyaizu et al., Chem. Commun., 56, 4055-4058, 2020）が、高分子電解質膜との組み合わせによる全固体空気二次電池はこれまで存在していませんでした。

(2) 今回の研究で新たに実現しようとしたこと、明らかになったこと

有機化合物を用いた電極と固体電解質から成る空気二次電池に挑戦しました。負極活物質としてプロトンを取り込みながら酸化還元活性を示す有機レドックス化合物（ジヒドロキシベンゾキノン^※3およびその重合体）、電解質としてプロトン伝導性高分子薄膜（ナフィオン）、正極として白金触媒を含むガス拡散電極（活物質は酸素）を組み合わせた全固体空気二次電池の可能性を検討し、その結果、原理の実証に成功しました。

(3) 今回、新しく開発した手法

負極活物質であるジヒドロキシベンゾキノンの酸化還元反応を促進し、電解質膜との界面でのプロトン移動を円滑に進めるために、電子伝導性材料（カーボン粉末）とプロトン伝導性高分子（ナフィオン）を混合した負極構造を設計・構築しました。電流電位測定により負極での反応とその可逆性を確認し、充放電、レート特性、サイクル特性を評価しました。さらにジヒドロキシベンゾキノンを高分子化したところ負極活物質の利用率が40％以上向上し、全固体空気二次電池の容量も6倍以上向上することを見出しました。

本研究により開発した「全固体空気二次電池」は繰り返して充放電することができ、一定速度（放電レート15C）における発電で、30サイクル充放電が可能です。

(4) 研究の波及効果や社会的影響

リチウムイオン二次電池の性能や耐久性は日々向上していますが、リチウム資源は限られており、また、液体電解質を用いた課題（漏れ出し、蒸発、発火の危険性、など）は本質的に解決が困難です。本研究で開発した全固体空気二次電池は安全な有機レドックス化合物とプロトン伝導性高分子薄膜を用いており、これら物質はそもそも水分が含まれた状態で用いており水や酸素で電極が劣化することが無く、極めて安全性に優れています。また、高分子化合物の特徴を活かしてフレキシブルなデバイスにできる可能性もあります。今後、構成材料の高性能化・最適化や耐久性などを改善することで、携帯電話や小型電子デバイスなどモバイル機器用電源としての応用が期待されます。

(5) 今後の課題

酸化還元電位がより卑（マイナス）な有機レドックス化合物を用いることにより電池電圧を高くしたり、負極中の活物質を安定化させてレート特性やサイクル特性を改善することで、二次電池としての特性を一層向上させたいと考えています。

(6) 研究者のコメント

空気二次電池は二次電池と燃料電池の利点を兼ね備えた次世代のエネルギーデバイスとして期待されていますが、性能や安全性に関する技術的な課題が多く実用化されている例は限られています。本研究により、有機負極活物質と高分子電解質から成る全固体空気二次電池の開発に成功し、小型軽量化、高容量化、高安全性を兼ね備えた新しいタイプの空気二次電池の可能性を示すことができました。他方、今回の成果はまだ原理実証の段階であり電池電圧やレート特性、サイクル特性は改善の余地がありますので、今後、全固体空気二次電池の実用化に向けた追求を継続していきたいと考えています。

(7)用語解説

※1　空気電池

正極活物質として空気中の酸素を用いる電池。多くの場合、負極には金属が用いられている。電池内部に正極活物質を内蔵する必要が無いため、原理的に大きなエネルギー密度を持つという特徴がある。

※2　プロトン伝導性高分子薄膜

スルホン酸基などの酸性基を含む高分子から成る膜。燃料電池などの電気化学デバイスの固体電解質として用いられている。

※３　ジヒドロキシベンゾキノン

水酸基が2つ置換されたベンゾキノン。酸性条件下で酸化還元活性を示す。

(8) 論文情報

雑誌名：Angewandte Chemie International Edition
論文名：All-Solid-State Rechargeable Air Batteries Using Dihydroxybenzoquinone and Its Polymer as the Negative Electrode
執筆者名（所属機関名）：Makoto Yonenaga （米長 諒）^＊、Yusuke Kaiwa （海和 雄亮）^＊＊、Kouki Oka （岡 弘樹）^＊＊、Kenichi Oyaizu （小柳津 研一）^＊＊、Kenji Miyatake （宮武 健治）^＊、^＊＊
＊山梨大学 クリーンエネルギー研究センター
＊＊早稲田大学 先進理工学部 応用化学科
掲載日時：2023年5月16日（火）
掲載URL：https://doi.org/10.1002/anie.202304366
DOI：10.1002/anie.202304366

(9) 研究助成

研究費名：科学研究費補助金 新学術領域研究「ハイドロジェノミクス」（研究領域提案型）
研究課題名：高速移動水素による次世代創蓄電デバイスの設計
研究代表者名（所属機関名）：宮武 健治（山梨大学）
研究分担者名（所属機関名）：小柳津 研一（早稲田大学）

研究費名：科学研究費補助金 基盤研究（B）
研究課題名：全固体空気二次電池の創製：原理実証と有機負極活物質の検討
研究代表者名（所属機関名）：宮武 健治（山梨大学）

研究費名：データ創出・活用型マテリアル研究開発プロジェクト
研究課題名：再生可能エネルギー最大導入に向けた電気化学材料研究拠点（DX-GEM）
研究代表者名（所属機関名）：宮武 健治（山梨大学）

演題：Controllable Generative AI for the Metaverse and VFX

日時：2023年6月1日(木)15:00-16:40

会場： 早稲田大学　121 号館 コマツ 100 周年記念ホール

講師：Hao Li

(CEO/Co-Founder Pinscreen Associate Professor, Mohamed bin Zayed University of Artificial Intelligence (MBZUAI))

対象：学部生・大学院生、教職員、学外者、一般の方

参加方法：入場無料、直接会場へ

主催：先進理工学研究科　物理学及応用物理学専攻

問合せ：早稲田大学 理工センター 総務課

TEL：03-5286-3000

公募要領_早稲田大学基幹理工学部数学科