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化学者のつぶやき

「リチウムイオン電池用3D炭素電極の開発」–Caltech・Greer研より

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久々のケムステ海外研究記です。第40回はカリフォルニア工科大学(Caltech)材料科学科のPhD課程に在籍されている成田海さんにお願いしました。

成田さんは、東京工業大学材料工学専攻(小林研究室)にて修士号を取得後、カリフォルニア工科大学材料科学科のPhD課程に進学され、Greer研究室にて3Dプリンティングによるリチウムイオン電池電極の開発に取り組まれていました。 先日PhD課程を修了され、今後アメリカの企業にてリチウムイオン電池開発の研究を続けられるとのことです。

また、成田さんはXPLANEという団体にて、海外大学院留学を目指す人への支援もされています。海外大学院留学に興味のある人は、ぜひホームページやSlackを覗いてみてください。

それでは、インタビューをお楽しみください!

留学先ではどのような研究をされていますか?

カルテックでは、3Dプリント技術、特にvat polymerization(液槽光重合法)を利用した3Dプリンティングを用いて、リチウムイオン電池電極の開発に取り組んでいます。また、その開発された3次元電極を用いて、電極構造と電池性能の関係性の評価も行っています。

現在、商品化されているリチウムイオン電池の電極のほとんどは粉末形状で、ミクロに3D構造を制御することが困難でした。3Dプリントを応用した技術で電極を作製できるようにすることにより、リチウムイオン電池内でのイオンや電子の輸送、界面での反応といった現象を体系的に研究できる土台を作ったつもりです。

図 1. 3D炭素電極の作製プロセス。3D CADにて3D構造を自由にデザインし、vat polymerizationを利用したDLP (Digital Light Processing) 3D printingで3D構造のポリマーを作製、その後Pyrolysis(不活性化での熱分解)にて3D炭素へ変換させる。

 

なぜ日本ではなく、海外で研究を行う選択をしたのですか?

自分は博士課程から渡米したのですが、動機は、教授・学生ともに世界中から優秀な人が集まり、かつ研究施設も充実した環境で研究をしたかったからです。特に、カルテックは少数精鋭で研究環境もよく、コースワークも厳しく、サイエンスに力を入れている大学であるため、自分の基礎を作るのに適した環境だと思い、カルテックへの留学の選択をしました。

研究経験を通じて、良かったこと・悪かったことをそれぞれ教えてください。

良かったことは、世界で最先端を行く研究者や教授がどういう人かを見れたことです。カルテックの教授や、PhD卒業後、ポスドクを経てMITなどのトップスクールで教授になった先輩方と一緒に研究をしてきた中で、留学前までは際限なく上がいると思っていたアカデミアの天井を見ることができたのは自分にとっては一番の収穫でした。ただ、その一方、その優秀な研究者たちと自分を比べることで生まれる劣等感やストレスは最初はかなりつらかったです。研究をしていく中で、他の人には負けない自分の専門領域が構築されそれらは和らいでいきました。

現地の人々や、所属研究室の雰囲気はどうですか?

カリフォルニアの気候もあってか、カルテックの人は気さくな人が多いです。所属研究室もソーシャルな人が多く、コロナの影響でロックダウンする前はボードゲームをしたり研究室内外で活発に交流していました。

図 3. ラボメイトとのボードゲーム。

渡航前に念入りに準備したこと、現地で困ったことを教えてください

5年前になるので正確には覚えていないのですが、渡航前は準備をするよりも1カ月間、実家で家族と一緒にのんびり過ごしていました。現地で最初困ったのは英語です笑。授業もあまり聞き取れないし、研究室でも正確にはコミュニケーションが取れていませんでした。

海外経験を、将来どのように活かしていきたいですか?

このインタビューが行われた2021年6月にPhDを修了して、これからアメリカのインダストリで働く予定です。PhD開始時点ではアカデミア志望だったのですが、自分の研究している電池分野ではインダストリの規模が大きいというのもあり、一度インダストリを見てみようという思いが強くなりました。日欧米の電池業界にて就活をしていて感じたのですが、日本が電池産業に強いのもあって、日本語と英語が話せて、かつアメリカでPhDを取得しているのは欧米ではかなりユニークなようでポジティブに評価されました。

最後にメッセージをお願いします。

アメリカへの大学院留学というと、ネットでの情報は多いものの、まだレールを外れる選択肢というイメージが強いかもしれません。実際は日本のPhD課程と大まかにはやることは同じですし、進路の選択肢もアカデミア・インダストリともに広がると思います。留学関連でもし何か困ってることがあれば気軽に連絡ください。海外大学院留学総合情報サイトXPLANEの運営も行っています。

関連論文・参考資料

  1. Narita, K.; Citrin, M.A.; Yang, H.; Xia, X.; Greer, J.R. 3D Architected Carbon Electrodes for Energy Storage. Adv. Energy Mater. 2021, 11, 1–13, doi:10.1002/aenm.202002637

研究者のご略歴

名前:成田 海(なりた かい)

所属:Caltech, Materials Science PhD課程 Greer研究室

研究テーマ:リチウムイオン電池の3D炭素電極の開発

海外留学歴:5年(アメリカ)

略歴:
2010-2014年 東京工業大学 金属学科 里・小林研究室(学部)
2014-2016年 東京工業大学 材料工学専攻 小林研究室(修士)
2016-2021年 Caltech, Materials Science, Greer研究室(PhD)

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大学院生。化学科、ケミカルバイオロジー専攻。趣味はスポーツで、アルティメットフリスビーにはまり中。

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