エネルギー新時代に期待される
新しい炭素材料の開発

炭素を主成分とする炭素材料には、木炭、ダイヤモンド、グラファイト、カーボンナノチューブなど多様なものがあります。
川口研究室では、炭素材料の炭素原子の一部をホウ素原子や窒素原子で置き換えた新素材を開発し、エネルギーや環境などさまざまな分野への応用を研究しています。

スマートフォンのもちがよくなる!？　
新素材が実現する次世代電池とは

炭素とホウ素、窒素は原子の大きさが似ているため置き換えが可能です。川口研究室では、炭素材料グラファイトの炭素の一部をホウ素、窒素で置き換えた新素材「B/C/N系材料」の作製法を開発しました。

この新素材の応用分野の一つは、スマートフォンなどに搭載される充電池、リチウムイオン二次電池です。リチウムイオン電池では負極に層状構造を持ったグラファイトを使い、層の間にリチウムイオンをためておいて出し入れする仕組みです。

B/C/N系材料もグラファイトと同じ層状構造を持つため、リチウムイオン電池に活用できます。しかもグラファイトよりリチウムイオンをたくさん吸収するので、既存のリチウムイオン電池よりも蓄電量が増えることがわかりました。

マグネシウムやカルシウム　
どこにでもある元素でエコな電池開発

さらに川口研究室では、リチウムイオンに代わってマグネシウムイオンやカルシウムイオンを利用する電池を研究中。

マグネシウムやカルシウムは地球上に大量に存在しており、リチウムに比べて手に入りやすい元素です。また分子1個の出入りにつき2個の電子をやり取りできるため蓄電容量も増加。実現すればかなりエコな電池になります。すでにホウ素と炭素から成るB/C材料の層の間にマグネシウム、カルシウムを気体の形で吸収し、ためられることを発見。現在は電極と溶液を使った充放電をめざして研究中です。

また、B/C/N系材料を使った光触媒も研究テーマの1つ。光触媒は、光による酸化還元反応でウイルスや有害物質などを分解する技術。従来使われている酸化チタンが苦手な可視光線への反応を、炭素と窒素から成るC/N材料で補う研究を進めています。