門間 聰之 (モンマ トシユキ)

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所属

理工学術院 先進理工学部

職名

教授

ホームページ

http://www.f.waseda.jp/momma/

兼担 【 表示 / 非表示

  • 理工学術院   大学院先進理工学研究科

学内研究所等 【 表示 / 非表示

  • 2020年
    -
    2022年

    理工学術院総合研究所   兼任研究員

学位 【 表示 / 非表示

  • 早稲田大学   博士(工学)

  • Waseda University   Dr. of Engineering

所属学協会 【 表示 / 非表示

  •  
     
     

    表面技術協会

  •  
     
     

    高分子学会

  •  
     
     

    日本化学会

  •  
     
     

    The Electrochemical Soc.(米国電気化学会)

  •  
     
     

    電気化学会

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研究分野 【 表示 / 非表示

  • 電子デバイス、電子機器

研究キーワード 【 表示 / 非表示

  • 工業物理化学、蓄・発電デバイス・材料

論文 【 表示 / 非表示

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書籍等出版物 【 表示 / 非表示

  • Chapter. 5. Advanced negative electrodes of Nano-scale for Li ion batteries in "Nanoscale Technology for Advanced Lithium Batteries" Ed. T. Osaka and Z. Ogumi

    Toshiyuki Momma, Tetsuya Osaka

    Springer Science+Business Media  2013年11月 ISBN: 9781461486749

  • 第6版電気化学便覧 編集 および 5.8.3周波数応答と電気的等価回路 および 5.9.8イメージング 著

    門間聰之

    丸善出版  2013年01月 ISBN: 9784621084137

  • 実力がつく電気化学 —基礎と応用—

    逢坂哲彌, 直井勝彦, 門間聰之

    朝倉書店  2012年03月 ISBN: 9784254140934

  • 電池ハンドブック 11編 1章 概要 2章 電気二重層キャパシター

    章 逢坂哲彌, 門間聰之, 奈良洋希, 章 門間聰之

    株式会社オ ー ム 社  2010年02月 ISBN: 9784274208058

  • CONDUCTIVE POLYMERS: Electroplating of Organic Films in Modern Electroplating 5th Ed. Edited by Mordechay Schlesinger and Milan Paunovic

    T. Osaka, S. Komaba, T. Momma

    John Wiley &Sons, Inc.  2010年 ISBN: 9780470167786

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Misc 【 表示 / 非表示

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産業財産権 【 表示 / 非表示

  • 正極材および蓄電デバイス

    門間 聰之

    特許権

  • レクチン固定化半導体センシングデバイス及び糖化合物の検出方法

    逢坂 哲彌, 秀島 翔, 門間 聰之, 林 宏樹

    特許権

  • リチウム硫黄二次電池

    逢坂 哲彌, 門間 聰之, 中村 夏希, 三栗谷 仁

    特許権

  • 電気化学システム、および、電気化学システムの作動方法

    逢坂 哲彌, 門間 聰之, 横島 時彦, 向山 大吉, 奈良 洋希

    特許権

  • リチウム硫黄電池の製造方法、および、リチウム硫黄電池

    門間 聰之, 逢坂 哲彌, 横島 時彦, 奈良 洋希

    特許権

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受賞 【 表示 / 非表示

  • Electrochemistry Communications 2007年 最多引用論文賞

    2007年  

  • 電気化学会進歩賞佐野賞

    2001年04月  

共同研究・競争的資金等の研究課題 【 表示 / 非表示

  • 簡易・高速プロセスによるソフト電池の創製と、構造変化の可逆化による容量革新

    研究期間:

    2016年05月
    -
    2021年03月
     

     概要を見る

    野田は、従来材料の黒鉛とLCOを用いた全電池で多種類のCNTを比較検討した。複合膜の自立性と導電性の点で長く、副反応を抑える点で比表面積が大きすぎない数層CNTが適することを見出した。Si-CNT高容量負極では、負極/正極容量比を高く設定しLiを多く含む状態を保つと、Siの体積変化を抑えて安定動作できることを見出した。金属Liでは50 μmと薄いLi箔を用いてLi-Cu-CNTスポンジ負極を開発、セル基準での高容量密度を可能とした。S-CNT高容量正極は電解液量を削減すると動作しなくなる。多硫化リチウム-CNTスポンジ正極を開発、電解液量を削減しても高容量を示すことを確認、薄い金属Li負極と組み合わせた全電池にて電極質量基準で1000 Wh/kgの高エネルギー密度を実現した。門間は野田と共同で、充放電時のスポンジ電極の体積変化の測定を開始、測定系を改良中である。また、スポンジ電極として期待されるSi-O-C 電極およびSn-Ni負極の充放電時の体積変化を評価、論文報告した。獨古は、リチウム塩とジニトリル系溶媒からなる濃厚電解液でLi+がアニオンや溶媒よりも速く拡散するホッピング伝導機構を見出した。この電解液をリチウム硫黄電池へ適用、硫黄正極の反応中間体の溶出が抑制され、高いクーロン効率での充放電を実現した。高電流密度では充電時にLi金属負極上で電解液が徐々に還元分解することが課題である。山田は、前年度にSi系負極の高いサイクル可逆性を確認したフッ素化鎖状カーボネート溶媒を含む高濃度電解液に着目、その基礎物性及びSEI被膜の形態・組成を調査し、Si系電極上にsulfideを含む緻密な粒子状のSEI被膜が形成されることを明らかにした。また5 V級LiNi0.5Mn1.5O4正極の安定な充放電サイクルも確認、上記電解液が高い酸化安定性を有すことを見出した。2021年3月の最終目標として、目標3. レートは0.1C以上, サイクルは100以上, 正負極3対積層にて容量は500 mAh/gSi+S, 9 mAh/cm2セルを設定していた。この当初計画の正極|セパレータ|負極対の積層は企業でのアセンブリの課題であり、提案当時は考慮していなかった電池内容物の合計質量基準で高いエネルギー密度を出すことが実用化へのボトルネックとなることがプロジェクト期間中にはっきりとしてきた。そのため、活物質に加え、CNT集電体、セパレータ、電解液の質量を含め、容量密度より重要なエネルギー密度での検討を優先して進めている。結果、当初計画になかったLi負極||Li2Sx-CNT正極全電池にて、電極合計質量基準で1000 Wh/kg、電極・セパレータ・電解液合計質量基準で400-500 Wh/kgという高エネルギー密度を得た。これは当初計画と比べ大きな進展である。薄い金属Li箔負極はリチウムデンドライトのために安定性に課題を抱えているが、Li-Cu-CNT複合負極などによりその対策も進んでいる。これらの点は大きなプラスの進捗であるが、当初計画の一部を行わないマイナスも勘案し、「おおむね順調に進展している」とした。野田、門間、獨古、山田の各グループでの研究開発は順調に進捗しており、相互の連携も進んでいる。野田は、2021.03の最終目標を見据えてD. ソフト電池の開発に注力する。LixSi-CNT負極にて、負極/正極容量比を2~3で全電池を構成してSiがLiを含んだ状態を維持することで、サイクル特性を向上できることを確認している。このコンセプトをLi-Cu-CNT負極にも適用しエネルギー密度とサイクル特性を両立する。またLi2Sx-CNT正極にて電解液量を削減しても高容量動作を可能としている。これらの技術を統合して、電池内容物合計質量基準で高エネルギー密度の全電池を実現する。門間は、全電池の充放電動作時の正極と負極のそれぞれの膜厚変化をその場観察し、各電極の可逆体積変化と、セル全体での体積保存安定動作のコンセプトの検証を進める。獨古は電池の高出力化に向けて電解液組成の最適化を進めるとともに、リチウム金属負極での電解液の還元分解を抑制するため、効果的な添加剤を探索する。山田は、新たなフッ素系溶媒(フッ素化環状リン酸エステル)を用いた高濃度電解液について検討するとともに、これら電解液を用いたフルセルの充放電安定性を実証する

  • 3次元ナノ界面の大規模創製と、蓄電デバイス電極への展開

    研究期間:

    2013年10月
    -
    2017年03月
     

     概要を見る

    新規活物質による蓄電デバイスの革新に向け、簡易・高速・高収率プロセスにより三次元ナノ構造電極を開発した。Siは黒鉛の10倍の負極容量を持つ。数μm厚さのSiおよびSi-Cu多孔質負極のCu集電体上への1分での作製を、安価なバルク原料で急速蒸着法により実現した。純度99.6 wt%超のサブミリメータ長の数層カーボンナノチューブ(CNT)を流動層で半連続合成、このCNTは精製処理なしに各種用途に利用できる。CNTを活性炭、コバルト酸リチウムや黒鉛と共分散・ろ過して数10 μm厚さの自立膜を作製、金属細線での部分的コンタクトで電極動作した。キャパシタや二次電池での重い金属集電体の利用の最小化を図る

  • 電気化学デバイス工学の確立と深化

    研究期間:

    2008年06月
    -
    2013年03月
     

     概要を見る

    電気化学ナノテクノロジーに基づく「固液界面制御による新機能発現のための材料開発研究」と「界面構造や界面現象の実践的な活用によるデバイス開発研究」に総合的に取り組むことで、電気化学に立脚した材料およびデバイスの実用化研究の根源にあるものを事象ごとの経験論から抽出し、アウトプットとしてのデバイス(具体的にはエネルギーデバイス、センサデバイス、電子デバイス・磁気記録デバイス)を縦糸に、機能発現および界面設計の次元(3次元、2次元、0次元)を横糸に、「電気化学デバイス工学」という学理の構築を図った

  • 超高密度磁気記録の記録再生系の設計及び評価法の基礎的研究

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    1.ヘッド磁界分布解析法:記録再生過程の解析にとって必要なヘッド磁界分布の陽関数解析解法(積分方程式/Fourier解析法)を構築した.これらの手法はリングヘッド,MRヘッドなど各種ヘッドに適用できる.これらの結果が2項,3項に導入された.2.垂直記録の記録再生過程解析解法:1項の解法を基に垂直記録(単層媒体系,2層媒体系)に対するリングヘッド及びMRヘッドの再生特性を解析し,記録再生特性が媒体/ヘッド系の主要パラメータの関数として具体的に定式化され,記録再生特性が記録系と再生系に分離して定量的に評価できるようになった.またこれらの結果は3項の媒体ノイズスペクトル解析にも適用された.3.媒体ノイズ理論とノイズ源の定量的分離法:媒体ノイズのモデル化とノイズスペクトルを定式化し,磁気クラスターの大きさなどとノイズスペクトルの関係を定量的に明らかにした.またMFM(磁気力顕微鏡)による媒体の微視的磁化状態の実験的解析法を検討し,同手法を定量化した.4.媒体の材料設計:2項,3項の検討結果から従来のCoCr系媒体よりも大きな磁気異方性を有する媒体が超高密度記録(200Gb/inch^2以上)では必要であることが明らかになった.アモルファスC下地層の上にCo/Pd人工格子膜を形成した複合垂直磁化膜媒体が非常に大きな磁気異方性をもちながら同時に磁化反転機構がCoCr系と同様な磁化回転型となり,記録の高分解能と低ノイズ特性を示すことを見出した.これはこのような新概念のナノ構造人工格子膜媒体が応用面ばかりでなく,磁化機構・記録機構の解明という磁性物理・磁性材料工学の観点からの新しい研究領域への発展を意味する.今後このような新概念媒体の磁化機構・記録機構の解明と同媒体による記録再生系の設計理論,設計手法の構築に発展させたい

  • ナノおよびミクロ構造制御による新規イオン伝導膜の創製

     概要を見る

    直接メタノール形燃料電池(DMFC)に使用する新規プロトン伝導性膜としてポーラスセラミックスあるいはポーラスポリマーにプロトン伝導性材料を充填したコンポジット膜の開発を行ってきた。機械的強度の高いシリカ、ポリイミドを用いて規則的に配列した孔を有する多孔質膜を得ることに成功した。これらの多孔質基材を用いることで電解質の膨潤が機械的に抑制され、形態安定性に優れた電解質膜を得ることに成功した。その結果、メタノール透過性をNafion【○!R】膜等のパーフルオロスルホン酸系電解質膜の数十分の一以下までに低減させることに成功し、DMFCの目標であるメタノール濃度10mol dm^<-3>(32wt%)の水溶液を用いて高い燃料電池性能を世界で初めて実現した。電解質膜のコストに関しても、従来品の数十分の一以下を達成した。これらの研究は、D01班と共同で透過型電子顕微鏡を用いてコンポジット膜中における電解質の含浸状態を観察し、コンポジット膜の特性とナノ構造との相関性を明らかにしたことで大きく推進された。また、C01班で合成した常温溶融塩をシリカ多孔体に充填して高温無加湿下で100時間以上安定に作動するコンポジット電解質膜の開発に成功し、車載用を目標とした次世代DMFCへの展望を得た。発電特性を向上させるための研究として、電気化学的インピーダンス測定などの基礎的な立場から研究を進め、膜と電極の接合方法が重要であることを明らかにした。接合性を向上させる一つの方法として、シリカ多孔質膜のスルホン化処理が有効であることを見出し、発電特性を向上させることに成功した。別の方法として、電気泳動法を用いた電極作製について検討を行い、触媒利用率を従来の倍以上に向上させることに成功した。本手法は高性能な膜・電極接合体の作製法としてElectrochemical SocietyのTechnical Highlightで全世界に紹介された

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講演・口頭発表等 【 表示 / 非表示

  • 交流インピーダンス法によるVC 添加下での微小参照極入りラミネート型リチウムイオン電池初期劣化解析

    第54回電池討論会  

    発表年月: 2013年10月

  • 微細参照極入りラミネート型リチウムイオン電池の電極表面へのVC 添加による影響

    第54回電池討論会  

    発表年月: 2013年10月

  • 矩形波インピーダンス法を用いたリチウムイオン二次電池の状態評価における入力波形の影響

    第54回電池討論会  

    発表年月: 2013年10月

  • 矩形波インピーダンス法を用いた市販リチウムイオン電池の状態解析

    第54回電池討論会  

    発表年月: 2013年10月

  • Cu embedded Si-O-C composite anode synthesized by electrochemical method for thick deposition of active material

    第54回電池討論会  

    発表年月: 2013年10月

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特定課題研究 【 表示 / 非表示

  • リチウム空気電池実現のための負極/電解質系探索

    2014年  

     概要を見る

    Li空気電池において大気中から侵入するH2O、CO2、N2、Ar等の影響を検討した。電解液中のH2O量が少ない場合のクーロン効率は55 %を示す一方、CO2およびH2Oが共存した場合、クーロン効率は最大約90 %に達した。Li空気電池の電解液として広く研究されているDMSOはLi負極のクーロン効率が低いとされているが、SEI表面および内部を無機層で構成することでクーロン効率が85 %以上になることも見出した。

 

現在担当している科目 【 表示 / 非表示

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