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所属学科・専攻等 |
生命・応用化学教育類 / 環境セラミックス分野
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谷端 直人 (タニバタ ナオト)
TANIBATA Naoto
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出身学校
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大阪府立大学 大学院工学研究科 博士後期課程 物質・化学系専攻 応用化学分野 卒業
2014年04月 - 2017年03月
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大阪府立大学 大学院工学研究科 博士前期課程 物質・化学系専攻 応用化学分野 卒業
2012年04月 - 2014年03月
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大阪府立大学 工学部 応用化学科 卒業
2008年04月 - 2012年03月
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和歌山県立桐蔭高等学校 卒業
2005年04月 - 2008年03月
学外略歴
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名古屋工業大学 生命・応用化学科 環境セラミックス分野 助教
2017年04月 - 現在
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京都大学 触媒・電池元素戦略ユニット 拠点助教（兼任）
2017年04月 - 現在
論文
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Applying the HSAB design principle to the 3.5 V-class all-solid-state Li-ion batteries with a chloride electrolyte 査読あり
Journal of Materials Chemistry A 10 ( 39 ) 20756 - 20760 2022年09月
担当区分：筆頭著者, 責任著者 記述言語：英語 掲載種別：研究論文（学術雑誌）
リチウムイオン電池の特長である高電位作動を有する全固体電池のために、高電圧動作に耐える固体電解質が求められる。本研究では、耐酸化性の高い塩化物電解質としてLiAlCl4を用い、3.5 V級電極を用いた全固体電池の作動を目指した。しかし、一般的な酸化物電極 （LiFePO4等） を用いた電池は、作動電位がLiAlCl4の酸化電位以下であるにもかかわらず、低容量を示すことがわかった。第一原理計算と27Al MAS-NMR測定のデータから、電極と電解質の間でHSAB（Hard and Soft Acid-Base）ルールに基づく酸塩基反応が起こっていることが示唆された。一方、同じ塩化物電極（Li2FeCl4）を組み合わせることで、コーティング処理等なしでも副反応を抑制し、室温で高い電圧 (> 3.6 V vs. Li+/Li） と可逆容量 (〜100 mAh g-1）が観察された。これらの結果は、電極・電解質材料の組み合わせを考える際にもHSABルールに基づく材料設計が有用である一例を示していると同時に、塩化物電極-塩化物電解質の組み合わせが高エネルギー密度全固体電池につながる可能性を示している。
DOI： 10.1039/D2TA05152D
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Metastable Chloride Solid Electrolyte with High Formability for Rechargeable All-Solid-State Lithium Metal Batteries 査読あり
Naoto Tanibata, Shuta Takimoto, Koki Nakano, Hayami Takeda, Masanobu Nakayama, Hirofumi Sumi
ACS Materials Letters 2 ( 8 ) 880 - 886 2020年08月
担当区分：筆頭著者, 責任著者 記述言語：英語 掲載種別：研究論文（学術雑誌） 出版者・発行元：American Chemical Society ({ACS})
高エネルギー密度Li金属電極の実現に向け、デンドライトを抑制する高密度固体電解質が求められる。本研究では、圧粉処理のみによってLiデンドライトを抑制できる高変形能固体電解質を探索するために、Li+イオンとのクーロン相互作用が弱く分極率の高いClを含むLi化合物に注目した。データベースに存在するLi-Cl化合物に対して、イオン伝導度、変形能、熱力学的安定性の指標として、Li+イオン移動エネルギー、バルク弾性率、分解エネルギーが網羅計算された。その中で、3つの指標とも有望な値を示す単斜晶LiAlCl4に注目した。XRDと7Li-MAS NMRの測定から、メカノケミカル合成されたLiAlCl4は単斜晶ホスト構造を持ち、少量のLi (2.5%) が計算で示された高イオン伝導経路上の準安定サイトを占有していることがわかった。その結果、その圧粉体は室温で従来の固体合成試料の20倍にあたるイオン伝導度 (2.1×10-5 S cm-1) を示した。また、SEM観察および緩和時間分布解析の結果、粒子間のネッキングが大きい緻密な圧粉体は全抵抗値に対する粒界抵抗の寄与が少なく（7.5%）、その圧粉体を使用したLi金属対称セルは、高電流密度 (0.1 mA cm-2) で70サイクルの間、短絡や過電圧上昇のない良好なサイクル性能を示した。
添付ファイル： Manuscript file.pdf
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Nanotube-structured Na2V3O7 as a Cathode Material for Sodium-Ion Batteries with High-rate and Stable Cycle Performances 査読あり 国際誌
Naoto Tanibata, Yuki Kondo, Shohei Yamada, Masaki Maeda, Hayami Takeda, Masanobu Nakayama, Toru Asaka, Ayuko Kitajou, Shigeto Okada
Scientific Reports 8 ( 1 ) 17199 - 17199 2018年11月
担当区分：筆頭著者, 責任著者 記述言語：英語 掲載種別：研究論文（学術雑誌） 出版者・発行元：Springer Nature
結晶構造データベースに対するイオン伝導の活性化エネルギーの網羅計算により、効率的に新規な高速ナトリウムイオン伝導体を発見した。その酸化物材料を用いたナトリウムイオン電池は、報告されている中でも高いレート特性とサイクル特性を示した。また、電気化学測定と第一原理計算を組み合わせ、更なる高性能化に向けた設計指針を明らかにした。
添付ファイル： s41598-018-35608-9.pdf
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Computational studies on defect chemistry and Li-ion conductivity of spinel-type LiAl5O8 as coating material for Li-metal electrode. 査読あり 国際誌
Shuntaro Miyakawa, Shogo Matsuda, Naoto Tanibata, Hayami Takeda, Masanobu Nakayama, Takaya Saito, Svetlana Fukuchi
Scientific reports 12 ( 1 ) 16672 - 16672 2022年10月
記述言語：英語 掲載種別：研究論文（学術雑誌）
Li-metal rechargeable batteries are an attractive option for devices that require an extremely high specific energy density, high robustness, and long-term durability, such as high-altitude platform stations. However, Li dendrite growth during charge-discharge cycling causes short-circuit problems. One technical solution is to form an intermediate layer between the Li metal and electrolyte. This interfacial layer should possess mechanical strength, electrochemical stability in the presence of Li, and Li-ion conductivity. In this study, the Li-ion conductivity of spinel-type LiAl5O8 was investigated using first-principles density functional theory and force field molecular dynamics calculations. The calculation results confirmed that stoichiometric LiAl5O8 compounds do not exhibit Li-ion conductivity, whereas off-stoichiometric compounds with excess Li show long-range Li-ion diffusion. The evaluated activation energy was 0.28 eV, which is as low as that of well-known fast Li-ion conductors, such as garnet-type Li7La3Zr2O12. However, the extrapolated Li-ion conductivity at 298 K was relatively low (~ 10-6 S/cm) owing to the limited formation of migration pathways.
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Process optimisation for NASICON-type solid electrolyte synthesis using a combination of experiments and bayesian optimisation 査読あり
Hayami Takeda, Hiroko Fukuda, Koki Nakano, Syogo Hashimura, Naoto Tanibata, Masanobu Nakayama, Yasuharu Ono, Takaaki Natori
MATERIALS ADVANCES 2022年10月
記述言語：英語 掲載種別：研究論文（学術雑誌） 出版者・発行元：ROYAL SOC CHEMISTRY
Na superionic conductor (NASICON)-type LiZr2(PO4)(3) (LZP) is an oxide-based solid electrolyte candidate for use in all-solid-state Li-ion batteries. However, as the ionic conductivity is insufficient, doping with aliovalent cations has been carried out to improve the Li-ion conductivity by controlling the composition and crystal structure. Li-ion conductivity is also affected by the microstructural properties of a sintered body, such as density, morphology, and elemental distribution, and thus, controlling process parameters, such as heating conditions during the solid-state reaction, improves conductivity. Using an exhaustive experimental approach, Ca and Si co-doped Li-rich NASICON-type LZP was synthesised via solid-state reactions under various two-step heating conditions to yield the highest Li-ion conductivity by optimising the conditions. The highest total Li-ion conductivity of 3.3 x 10(-5) S cm(-1) was obtained when the sample was first heated at 1050 degrees C and then heated at 1250 degrees C. The crystal structures, relative densities, micromorphologies, and Li-ion conductivities of the materials were characterised, and their relationships were investigated. These relationships were complex, and intuitively determining the optimal conditions was challenging with only a few experiments. Instead, as a proof-of-concept study, the collected data were used to demonstrate that Bayesian optimisation (BO) efficiently improved the experimental determination of the optimal heating conditions. The BO-guided experimental investigation determined the optimal conditions more rapidly compared to conventional trial-and-error approaches employed in the materials industry. The efficiency factor was approximately double that of the exhaustive search.
DOI： 10.1039/d2ma00731b
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Bayesian optimisation with transfer learning for NASICON-type solid electrolytes for all-solid-state Li-metal batteries 査読あり
Hiroko Fukuda, Shunya Kusakawa, Koki Nakano, Naoto Tanibata, Hayami Takeda, Masanobu Nakayama, Masayuki Karasuyama, Ichiro Takeuchi, Takaaki Natori, Yasuharu Ono
RSC Advances 12 ( 47 ) 30696 - 30703 2022年10月
記述言語：英語 掲載種別：研究論文（学術雑誌） 出版者・発行元：Royal Society of Chemistry (RSC)
Demonstrate BO approaches to search for optimal composition with high ionic conductivity efficiently.
DOI： 10.1039/D2RA04539G
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Growth Mechanism of Spiky Nb2O5 Nanoparticles and their Electrochemical Property 査読あり
Teruaki Fuchigami, Hayato Yamamoto, Naoto Tanibata, Masanobu Nakayama, Ken-ichi Kakimoto
PHYSICA STATUS SOLIDI B-BASIC SOLID STATE PHYSICS 259 ( 9 ) 2022年09月
記述言語：英語 掲載種別：研究論文（学術雑誌） 出版者・発行元：WILEY-V C H VERLAG GMBH
Spiky nanoarchitecture composed of numerous nanorods and a spherical core has applications in various fields because of its high performance and durability. However, controlling the spiky structure is challenging because of an unclear formation mechanism. This study investigates the growth mechanism of spiky nanostructure by hydrothermally synthesizing Nb2O5 with various conditions and additives, and it is shown that adsorption and gradual decomposition of ligands promote the formation of the spiky shape. Using oxalic acid as an additive and synthesizing at 160 degrees C, which is below oxalic acid's decomposition temperature, spherical Nb2O5 with a rough surface that consists of a nanostructure with less than 5 nm size forms, and its surface is protected by oxalate ions. When the synthesis temperature increases to 180 degrees C, oxalate ions are decomposed, and nanorods grow on the spherical particles. The results show that oxalate ions suppress particle growth, promote self-assembly, and control subsequent particle growth, resulting in complex nanostructures. When used as anode material in lithium-ion batteries, the spiky Nb2O5 nanoparticles show a higher capacity (143 mAh g(-1)) than collapsed spiky particles (92 mAh g(-1)) and nanorods (37 mAh g(-1)) because of fast lithium-ion diffusion on the surface nanostructure and high dispersibility.
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Na superionic conductor-type LiZr2(PO4)3 as a promising solid electrolyte for use in all-solid-state Li metal batteries 査読あり 国際誌
Masanobu Nakayama, Koki Nakano, Maho Harada, Naoto Tanibata, Hayami Takeda, Yusuke Noda, Ryo Kobayashi, Masayuki Karasuyama, Ichiro Takeuchi, Masashi Kotobuki
Chemical Communications 58 ( 67 ) 9328 - 9340 2022年08月
記述言語：英語 掲載種別：研究論文（学術雑誌）
All-solid-state Li-ion batteries are of considerable interest as safer alternatives to Li-ion batteries containing flammable organic electrolytes. To date, however, achieving sufficient charging and discharging rates, in addition to capacity, at room temperature using these all-solid-state batteries has been challenging. To overcome these issues, material simulations and informatics investigations of a relatively new Na superionic conductor (NASICON)-type LiZr2(PO4)3 (LZP) electrolyte were conducted to elucidate its characteristics and material functions. The following thermodynamic and/or kinetic properties of NASICON-type Li-ion conductive oxides were investigated with respect to the crystal structure mainly using material simulation and informatics approaches: (1) the electrochemical stabilities of LZP materials with respect to Li metal and (2) Li-ion conductivities in the bulk and at the grain boundaries. An efficient materials informatics search method was employed to optimise the material functions of the LZP electrolyte via Bayesian optimisation. This study should promote the application of LZP in all-solid-state batteries for use in technologies such as mobile devices and electric vehicles and enable more complex composition and process control.
DOI： 10.1039/D2CC01526A
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Chemical Composition Data-Driven Machine-Learning Prediction for Phase Stability and Materials Properties of Inorganic Crystalline Solids 査読あり
Taruto Atsumi, Kosei Sato, Yudai Yamaguchi, Masato Hamaie, Risa Yasuda, Naoto Tanibata, Hayami Takeda, Masanobu Nakayama, Masayuki Karasuyama, Ichiro Takeuchi
PHYSICA STATUS SOLIDI B-BASIC SOLID STATE PHYSICS 2022年02月
記述言語：英語 掲載種別：研究論文（学術雑誌） 出版者・発行元：WILEY-V C H VERLAG GMBH
Materials informatics has attracted significant attention toward the efficient discovery and development of new functional materials. Machine-learning regression techniques have often been used to establish a link between properties. In this respect, precise and rational regression is contingent on the choice of descriptors used to represent both composition and structural information. The usage of structure-derived descriptors restricts the prediction range to the registered materials in the crystal structure database owing to the structural information requirements. Conversely, machine-learning regression based only on compositional descriptors is free from this restriction, despite the fact that the prediction performance may diminish. Herein, their prediction performance is improved using compositional descriptors with histograms, and detailed surveys are performed on their ability to extrapolate. The proposed model achieves a high prediction accuracy based on the area under the receiver operating characteristic (ROC) curve (specifically, AUC > 0.9).
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Octahedral Tilting and Modulation Structure in Perovskite‐Related Compound La 1/3 NbO 3 査読あり
Yusuke Sakai, Daisuke Urushihara, Toru Asaka, Koichiro Fukuda, Zijian Yang, Naoto Tanibata, Hayami Takeda, Masanobu Nakayama
physica status solidi (b) 259 ( 9 ) 2022年01月
記述言語：英語 掲載種別：研究論文（学術雑誌） 出版者・発行元：Wiley
The crystal structure of the A-site-deficient perovskite La1/3NbO3 is investigated using X-ray powder diffraction, transmission electron microscopy (TEM), and computational methods. The NbO6 octahedral tilting is observed and confirmed to be in an a (-) b (0) c (0) manner in Glazer's notation. An incommensurate modulation structure in La1/3NbO3 is observed. Using scanning TEM (STEM) analyses and Monte Carlo simulations, the modulated structure is shown to originate from a striped arrangement of La and vacancies. The satellite reflections arising from the modulation structure are observed as a diffuse scatter in the electron diffraction patterns. By analyses with STEM and molecular dynamics calculations, it is concluded that the origin of diffuse scattering is the existence of nanoscale twin variants with different crystal orientations. The Nb ions in NbO6 octahedra represent an off-center shift like a pseudo-Jahn-Teller distortion. The shift of Nb ions is found to be cooperative with the concentration modulation of La ions.
書籍等出版物
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計算と実験を組み合わせたナトリウムイオン電池用新規電極材料開発
谷端直人（ 担当： 分担執筆）
月刊機能材料2022年7月号 2022年07月
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網羅計算による固体電解質材料の探索と全固体リチウム金属電池への応用
谷端直人（ 担当： 分担執筆 , 範囲： 第Ⅰ編 第一原理計算を用いた蓄電池研究・開発 事例紹介）
㈱シーエムシー･リサーチ 2021年06月
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塩化物固体電解質による全固体リチウム金属電池の高エネルギー密度化と短絡抑制
谷端 直人（ 担当： 分担執筆 , 範囲： 自動車電動化に向けた次世代電池用電解質材料の開発事例）
技術情報協会 月刊『マテリアルステージ』 2021年06月
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高エネルギー密度全固体リチウム電池につながる固体電解質材料の開発
谷端 直人, 中山 将伸（ 担当： 分担執筆 , 範囲： EVへの応用に向けた全固体電池の開発動向）
技術情報協会 月刊『車載ﾃｸﾉﾛｼﾞｰ』 2021年03月
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谷端 直人, 中山 将伸（ 担当： 共著 , 範囲： ラプラス変換インピーダンス法によるリチウムイオン電池の充電反応と放電反応の抵抗分離）
工業製品技術協会 2020年12月
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新 研究室紹介 名古屋工業大学 生命・応用化学専攻 化学電池材料研究室 中山・谷端研究室
谷端直人（ 担当： 分担執筆 , 範囲： セラミックス 第54巻 2月号（2019年））
日本セラミックス協会 2019年02月
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谷端直人, 林 晃敏, 辰巳砂昌弘（ 担当： 分担執筆 , 範囲： 第7節 硫化物を用いた全固体ナトリウム二次電池の開発）
株式会社エヌ・ティー・エス 2016年04月
総ページ数：858 記述言語：日本語 著書種別：学術書
MISC
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材料シミュレーションとベイズ最適化を用いた高Liイオン伝導体の高効率組成最適化
中野高毅, 谷端直人, 谷端直人, 武田はやみ, 武田はやみ, 中山将伸, 中山将伸, 中山将伸, 野田祐輔, 小林亮, 小林亮, 竹内一郎, 竹内一郎, 竹内一郎
電気化学会大会講演要旨集(CD-ROM) 87th 2020年
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第一原理計算によるMgイオン伝導体MgZr4(PO4)6のイオン伝導度および相安定性評価
中野高毅, 野田祐輔, 谷端直人, 谷端直人, 中山将伸, 中山将伸, 中山将伸, 梶原浩一, 金村聖志
化学電池材料研究会ミーティング講演要旨集 21st 2019年
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材料シミュレーションによるNASICON型Liイオン伝導体の相安定性と導電性評価
中野高毅, 大竹将成, 宮路康裕, 谷端直人, 小林亮, 小林亮, 野田祐輔, 武田はやみ, 武田はやみ, 中山将伸, 中山将伸, 中山将伸
日本セラミックス協会秋季シンポジウム講演予稿集(CD-ROM) 31st 2018年
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第一原理計算による岩塩型正極材料LiNb<sub>1/3</sub>Ni<sub>2/3</sub>O<sub>2</sub>の電荷補償機構解析
原田真帆, 谷端直人, 谷端直人, 野田祐輔, 中山将伸, 中山将伸, 中山将伸, 薮内直明
Journal of Flux Growth 13 ( 2 ) 2018年
講演・口頭発表等
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Highly Deformable Chloride Solid Electrolyte for All-Solid-State Lithium Metal Batteries
N. Tanibata, S. Takimoto, K. Nakano, H. Takeda, M. Nakayama, H. Sumi
The 4rd FRIMS International Symposium on Frontier Materials 2022年03月
開催年月日： 2022年03月
記述言語：英語 会議種別：口頭発表（一般）
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Highly deformable Chloride Electrolyte for Rechargeable All-Solid-State Lithium Metal Batteries
N. Tanibata, S. Takimoto, K. Nakano, H. Takeda, M. Nakayama, H. Sumi
MATERIALS RESEARCH MEETING 2021 2021年12月
開催年月日： 2021年12月
記述言語：英語 会議種別：ポスター発表
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武田はやみ, 原田真帆, 楊 子健, 中野高毅, 谷端直人, 中山将伸
日本MRS年次大会 2021年12月
開催年月日： 2021年12月
記述言語：日本語 会議種別：ポスター発表
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オートエンコーダを用いたリチウムイオン伝導体の材料地図の作成
山口雄大, 安田里咲, 渥美 太瑠斗, 谷端 直人, 武田 はやみ, 中山 将伸
日本MRS年次大会 2021年12月
開催年月日： 2021年12月
記述言語：日本語 会議種別：ポスター発表
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分子動力学法と機械学習を用いたNASICON型リチウムイオン伝導体LiZr2(PO4)3の粒界シミュレーション
中野高毅, 谷端直人, 武田はやみ, 小林亮, 中山将伸
日本MRS年次大会 2021年12月
開催年月日： 2021年12月
記述言語：日本語 会議種別：ポスター発表
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Machine learning prediction of Li ion migration performance using compositional descriptors
Risa Yasuda, Taruto Atsumi, Naoto Tanibata, Hayami Takeda, Masanobu Nakayama
MATERIALS RESEARCH MEETING 2021 2021年12月
開催年月日： 2021年12月
記述言語：英語 会議種別：ポスター発表
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Hiroko Fukuda, Koki Nakano, Naoto Tanibata, Hayami Takeda, Masanobu Nakayama, Yasuharu Ono
MATERIALS RESEARCH MEETING 2021 2021年12月
開催年月日： 2021年12月
記述言語：英語 会議種別：ポスター発表
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高変形能を有するLi2FeCl4のメカノケミカル合成とリチウムイオン伝導性評価
谷端直人, 加藤雅士, 瀧本秀太, 中野高毅, 武田はやみ, 中山将伸, 鷲見 裕史
第47回固体イオニクス討論会 2021年12月
開催年月日： 2021年12月
記述言語：日本語 会議種別：口頭発表（一般）
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Naイオン電池Na-Sn合金系負極材料におけるNaイオン拡散能
赤塚涼乃, 松ノ下広騎, 竹内寛和, 谷端直人, 武田はやみ, 中山将伸
日本セラミックス協会東海支部学術研究発表会 2021年11月
開催年月日： 2021年11月
記述言語：日本語 会議種別：口頭発表（一般）
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ハイスループット力場を用いた高リチウムイオン伝導性塩化物材料の探索
相津新, 野中直貴, 瀧本秀太, 中野高毅, 谷端直人, 武田はやみ, 中山将伸, 小林亮
日本セラミックス協会東海支部学術研究発表会 2021年11月
開催年月日： 2021年11月
記述言語：日本語 会議種別：口頭発表（一般）
産業財産権
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ナトリウム二次電池用電極活物質、ナトリウム二次電池用電極合剤、ナトリウム二次電池用電極、 ナトリウム二次電池、及び全個体ナトリウム二次電池
谷端 直人, 武田 はやみ, 中山 将伸, 久世 智, 田中 秀央
出願人：住友化学株式会社
出願番号：特願PCT/JP2021/008062 出願日：2021年03月
出願国：国内 取得国：国内
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ナトリウム二次電池用電極活物質、ナトリウム二次電池用電極合剤、ナトリウム二次電池用電極、ナトリウム二次電池、及び全固体ナトリウム二次電池
谷端 直人, 武田 はやみ, 中山 将伸, 久世 智, 田中 秀央
出願人：住友化学株式会社
出願番号：特願2020-062871 出願日：2020年03月
出願国：国内 取得国：国内
受賞
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若手研究イノベータ奨励賞
2020年03月 名古屋工業大学
谷端直人
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若手研究イノベータ奨励賞
2019年03月 名古屋工業大学
谷端 直人
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第12回固体イオニクスセミナー 若手依頼講演 講演奨励賞
2018年09月 日本固体イオニクス学会 ナトリウムイオン電池用新規 Na2V3O7電極の特性評価と第一原理計算による拡散機構解析
谷端 直人
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ベストプレゼンテーション賞
2016年09月 日本セラミックス協会
谷端 直人
受賞区分：国内学会・会議・シンポジウム等の賞
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Excellent Presentation Award 2016
2016年08月 日本セラミックス協会ガラス部会
谷端 直人
受賞区分：国内学会・会議・シンポジウム等の賞
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TECHNOVATION大賞
2016年03月 足立一馬基金
谷端 直人
受賞区分：出版社・新聞社・財団等の賞
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関西電気化学奨励賞
2015年12月 関西電気化学研究会
谷端 直人
受賞区分：国内学会・会議・シンポジウム等の賞
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ベストプレゼンテーション賞
2015年09月 日本セラミックス協会
谷端 直人
受賞区分：国内学会・会議・シンポジウム等の賞
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Excellent Presentation Award 2015
2015年08月 日本セラミックス協会ガラス部会
谷端 直人
受賞区分：国内学会・会議・シンポジウム等の賞
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学生講演賞
2015年07月 日本セラミックス協会関西支部
谷端 直人
受賞区分：国内学会・会議・シンポジウム等の賞
科研費（文科省・学振）獲得実績
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高成形性を有する新規イオン伝導体を用いた高エネルギー密度全固体電池の実現
2021年04月 - 2022年03月
永井科学技術財団 研究奨励金
担当区分：研究代表者
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次世代型高容量二次電池用アモルファス電極における硫黄レドックス制御と創成
研究課題/領域番号：19K15657 2019年04月 - 2022年03月
日本学術振興会 科学研究費補助金 若手研究(B)
谷端直人
配分額：4160000円 （ 直接経費：3200000円 、 間接経費：960000円 ）
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学内研究推進経費
2019年04月 - 2020年03月
名古屋工業大学 学内研究推進経費
谷端直人
担当区分：研究代表者
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硫化物単味電極を用いた次世代全固体ナトリウム電池の開発
2018年04月 - 2019年03月
民間財団等 一般財団法人東海産業技術振興財団 研究助成金
谷端直人
担当区分：研究代表者
配分額：700000円
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全固体ナトリウム‐硫黄電池の実現にむけた材料および構造に関する研究
研究課題/領域番号：15J12341 2015年04月 - 2017年03月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 特別研究員奨励費 特別研究員奨励費
谷端 直人
配分額：1700000円 （ 直接経費：1700000円 ）
本年度は、前年度に引き続き、従来の電極よりも高容量を示す「十硫化四リンを用いたアモルファス状硫黄電極」についての研究を行った。本年度は、核磁気共鳴分光 (NMR) 測定や光電子分光 (XPS) 測定などを測定し、全固体ナトリウム電池における十硫化四リンを用いたアモルファス状硫黄電極の構造解析を行った。これらの構造解析を複合的に考慮した結果、充放電に伴い、イオン伝導パスが形成される充放電機構を明らかにした。また、透過電子顕微鏡による硫黄電極の観察から、そのイオン伝導パスがナノスケールで結晶化している様子が観測された。
一方、十硫化四リンを用いたアモルファス状硫黄電極を用いた全固体リチウム電池は、全固体ナトリウム電池より高容量を示す。全固体リチウム電池においても構造解析を行った結果、ナトリウム系と同様の充放電反応が進行していることが明らかになった。しかし、リチウム系においては、充放電後の結晶化は生じていないことが明らかになった。これらの結果から、ナトリウム系におけるイオン伝導パスの結晶化は容量劣化の要因になると考えられる。そこで、十硫化四リンの一部を二硫化ケイ素に置き換え多成分化することによって、この結晶化の抑制に成功した。その結果、充放電容量も増加し、全固体ナトリウム電池における最大の充放電容量を達成した。これらの研究内容に関しては、日本セラミックス協会や関西電気化学研究会などからポスター賞を受賞している。
その他競争的資金獲得実績
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全固体ナトリウム‐硫黄電池の実現にむけた材料および構造に関する研究
2015年04月 - 2017年03月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 特別研究員奨励費
谷端 直人、谷端 直人
資金種別：競争的資金
本年度は、前年度に引き続き、従来の電極よりも高容量を示す「十硫化四リンを用いたアモルファス状硫黄電極」についての研究を行った。本年度は、核磁気共鳴分光 (NMR) 測定や光電子分光 (XPS) 測定などを測定し、全固体ナトリウム電池における十硫化四リンを用いたアモルファス状硫黄電極の構造解析を行った。これらの構造解析を複合的に考慮した結果、充放電に伴い、イオン伝導パスが形成される充放電機構を明らかにした。また、透過電子顕微鏡による硫黄電極の観察から、そのイオン伝導パスがナノスケールで結晶化している様子が観測された。
一方、十硫化四リンを用いたアモルファス状硫黄電極を用いた全固体リチウム電池は、全固体ナトリウム電池より高容量を示す。全固体リチウム電池においても構造解析を行った結果、ナトリウム系と同様の充放電反応が進行していることが明らかになった。しかし、リチウム系においては、充放電後の結晶化は生じていないことが明らかになった。これらの結果から、ナトリウム系におけるイオン伝導パスの結晶化は容量劣化の要因になると考えられる。そこで、十硫化四リンの一部を二硫化ケイ素に置き換え多成分化することによって、この結晶化の抑制に成功した。その結果、充放電容量も増加し、全固体ナトリウム電池における最大の充放電容量を達成した。これらの研究内容に関しては、日本セラミックス協会や関西電気化学研究会などからポスター賞を受賞している。
担当経験のある授業科目(学外)
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化学実験
2017年10月 - 現在 機関名：名古屋工業大学
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セラミックス応用学実験Ⅰ
2017年04月 - 現在 機関名：名古屋工業大学
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生命・応用化学セミナー3、4
2017年04月 - 現在 機関名：名古屋工業大学
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生命・応用化学セミナー1、2
2017年04月 - 現在 機関名：名古屋工業大学
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セラミックス応用学実験Ⅱ
2017年04月 - 現在 機関名：名古屋工業大学
教育活動に関する受賞
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ベストディスカッション賞
2019年06月 東海若手セラミスト懇話会
指導学生 (B4) が第58回 東海若手セラミスト懇話会 2019年 夏期セミナーにおいて、ベストディスカッション賞を受賞した。
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最優秀発表賞
2019年06月 東海若手セラミスト懇話会
指導学生 (B4) が第58回 東海若手セラミスト懇話会 2019年 夏期セミナーにおいて、最優秀発表賞を受賞した。
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名古屋工業会賞
2019年03月 名古屋工業会
指導学生 (M1) が名古屋工業会賞を受賞した。
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優秀講演賞
2018年12月 日本セラミックス協会東海支部
指導学生 (B4) が日本セラミックス協会東海支部学術研究発表会において、優秀講演賞を受賞した。
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Best Poster Award (silver award)
2018年11月 国際学会ENGE 2018
指導学生 (M1) が国際学会ENGE 2018において、Best Poster Award (silver award)を受賞した。
その他教育活動及び特記事項
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生命・応用化学教育類の2年生のクラス委員
2019年04月 - 2020年03月
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生命・応用化学教育類の1年生のクラス委員
2018年04月 - 2019年03月
委員歴
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日本セラミックス協会 第58回セラミックス基礎科学討論会 現地実行委員
2019年10月 - 2020年01月
団体区分：学協会
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日本化学会電気化学ディビジョン科学電池材料研究会 日本化学会電気化学ディビジョン科学電池材料研究会 第12回日仏電池セミナー 12th Japan-France Joint Seminar on Batteries事務局
2018年09月
団体区分：学協会
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日本セラミックス協会 第31 回秋季シンポジウム現地実行委員
2018年09月
団体区分：学協会
社会貢献活動
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名古屋産業振興公社 異業種交流会 講演
役割：講師
公益財団法人名古屋産業振興公社 異業種交流会 2021年09月
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高速充放電可能な次世代電池用セラミックスの発見
役割：講師
名古屋工業大学 公開講座 2019年11月
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あいちＳＴＥＭ能力育成事業「知の探究講座」を講座および審査委員
役割：実演
2019年11月
対象： 高校生
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名古屋工業大学 公開講座 発表
役割：講師
2019年10月
対象： 社会人・一般, 企業
種別：講演会
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オンライン国際研究広報「EurekAlert!」に研究成果掲載
2019年02月
対象： 高校生, 大学生, 大学院生, 教育関係者, 研究者, 社会人・一般, 学術団体, 企業, メディア
種別：インターネット
オンライン国際研究広報「EurekAlert!」に研究成果掲載
12,762 PV/掲載一週間; 本学からのリリースで過去最多 -
あいちＳＴＥＭ能力育成事業｢知の探究講座｣講座および審査委員担当
役割：講師, 実演
愛知県 2018年 - 2019年
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研究室見学
役割：講師, 実演
名古屋工業大学 オープンキャンパス 2018年
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研究室見学
役割：講師, 実演
名古屋工業大学 オープンキャンパス 2017年
メディア報道
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名古屋工業大学 電解質材料を開発 高エネ密度化に貢献 新聞・雑誌
電子デバイス産業新聞 7ページ 2020年07月
執筆者：本人以外
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Sodium is the new lithium: Researchers find a way to boost sodium-ion battery performance インターネットメディア
The American Association for the Advancement of Science (AAAS) EurekAlert! 2019年02月
学術貢献活動
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第58回セラミックス基礎科学討論会 現地実行委員
役割：企画立案・運営等
日本セラミックス協会 2020年
種別：大会・シンポジウム等
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日本セラミックス協会 第31 回秋季シンポジウム現地実行委員
役割：企画立案・運営等
日本セラミックス協会 2018年
種別：学会・研究会等
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日本化学会電気化学ディビジョン科学電池材料研究会 第12回日仏電池セミナーの事務局 12th Japan-France Joint Seminar on Batteriesを開催
役割：企画立案・運営等
日本化学会電気化学ディビジョン科学電池材料研究会 2018年
種別：大会・シンポジウム等