教員メッセージ 井上 元 教授
研究紹介
「電池をコンピュータで再現する」
電気自動車や再生エネルギーの貯蔵システム、クリーンエネルギーの利用技術として、リチウムイオン電池、燃料電池、全固体電池の更なる発展が期待され、そして多くの革新的な電極や電解質の開発によって発展してきました。これら電池材料の特性を最大限引き出すためには、電気化学反応が生じる有効界面を効率よく形成し，そしてそこにイオン，電子を円滑に供給する必要がありますが、非常に微小な空間で複雑に複合的に生じる現象なので、直接計測することができません。そこで私はこの電池内の現象を数値モデル化することに取り組んでいます。そしてこのモデルを各種計算手法によって解析的に解き、最適電極層設計，内部反応分布予測，新材料探索，劣化予測などを行っています。また実際の電極層の画像や充放電特性データから、機械学習を利用した特性予測も行っています。これらの技術を総合し、デジタルツイン・ＤＸのアプローチで、より高性能な電池の開発研究を進めています。
化学工学の必要性
私たちの身の回りの電池は電気化学反応とイオン・電子の流れを非常に小さい空間で行っているもので、一種の化学反応装置と言えます。この内部において電池の容量を追求して多く電極材料を詰めると、イオンや電子の伝導性が低下し、充放電速度が低下します。すなわち電池内部の電気化学反応の速度と、イオンや電子の輸送の速度をもとに、全体システムとして捉えてこの電池を「設計」する必要があります。そのためには内部の現象を数学的なモデルとして捉え、そしてその複雑複合的なモデルをコンピュータシミュレーションで解く必要があります。このように化学工学では、各種現象を数学的なモデルで表現することを学びます。そして用いる材料の特性や構造、また全体システムが変わった場合に、その性能を予測することができるようになります。また化学プラントの実働運転データを基にした特性予測を、学問として古くから取り扱っており、近年注目されるデータサイエンスや機械学習の取り組みと強く結びついています。電気自動車、再生エネルギー、ウェアラブル端末等に組み込まれる次世代電池の開発に、化学工学が強く貢献しています。
在校生、高校生へのメッセージ
化学工学科では、新規材料や新現象を社会に実装する「橋渡し」をモットーに、その方法論を深く学ぶことができます。化学・物理・生物・数学など幅広い分野の講義、演習、学生実験を経て、化学工学の基礎の習得と応用する力、そして物事の問題を洞察する力を身に着けていきます。SDGsが提唱される中、化学工学者は対象をより広くグローバルに捉える能力を備えた人材であると言われています。是非皆さんも無限の可能性を秘めた化学工学を学び、これからのより良い社会を一緒に創造していきましょう。
Profile
| 2001年 | 九州大学大学院工学研究科 化学システム工学専攻修了 |
|---|---|
| 2001年 | 九州大学大学院工学研究院 化学工学部門 助手（のち助教） |
| 2005年 | 博士（工学）取得/td> |
| 2010年 | 米国コネチカット大学客員研究員 |
| 2011年 | 京都大学大学院工学研究科 化学工学専攻 助教 |
| 2013年 | 国立研究開発法人 科学技術振興機構（JST）さきがけ研究員（兼任） |
| 2017年 | 九州大学大学院工学研究院 化学工学部門 准教授 |
| 2017年 | 国立研究開発法人 物質・材料研究機構（NIMS）特別研究員（兼任） |
| 2023年 | 九州大学大学院工学研究院 化学工学部門 教授 |
