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山崎仁丈 教授 九州大学エネルギー研究教育机构 専门分野 材料物性学、エネルギー材料

山崎仁丈

教授

九州大学エネルギー研究教育机构

専门分野

材料物性学、エネルギー材料

鉄、钢、プラスチック、半导体といった新材料は、発见のたびに社会を大きく変革し、歴史を作ってきました。今、现代社会は、世界が必要とする膨大なエネルギー需要に応えつつ、二酸化炭素排出量を大幅に削减する方法をどうしても必要としています。

の山崎仁丈教授は、「未だ见出されていない无数の材料の中にこそ、环境负荷を剧的に减らす材料がある」と语ります。「必要なのは、新材料の探索スピードを剧的に加速させる新たな手法です」

クリーンエネルギー社会の早期実现を目指し、山崎教授の研究グループは、ペロブスカイトとして知られている无机材料の探索に、人工知能（础滨）を活用して取り组んでいます。

新たなペロブスカイトにおいて、プロトン伝導性発現の鍵を握るとAIが判定したスズを指差す山崎教授。研究チームが機会学習を活用して一度の試作で発見し、学術誌ACS Energy Lettersで紹介された

ペロブスカイトと呼ばれる结晶构造を有する化合物の多くは、化学反応を促进したり、エネルギーを蓄えたり、水素といった化学物质からエネルギーを取り出したりすることができます。

「例えば、ある种のペロブスカイトは、太阳光を利用して水を分解し、水素と酸素を生成させることで、太阳エネルギーを水素分子に蓄えます」と山崎教授は説明します。「この水素分子を空気とともにペロブスカイト燃料电池に供给すると、高効率に発电することができ、廃弃物は水のみです」。

このようなアプローチは、従来电池とは异なり、电池における重量やコストの问题を避けながら、再生可能エネルギーを长期间贮蔵?利活用できるため、大きな期待が寄せられています。一方、その普及に当たっては、劣化や効率を改善していく必要があります。

「ペロブスカイト结晶内の原子を入れ替えることで、これらの课题を解决する新材料の开発が可能です。ただ、无数の组み合わせを実験室で试作することは、非常に时间がかかる作业です」と山崎教授は指摘します。「そこで注目したのが础滨です」。

燃料电池サンプルの评価ため、试験装置にセットする山崎教授

このアプローチの惊异的な能力を物语る例として、山崎教授のグループは最近、机械学习と呼ばれる础滨の机能を用いて

研究グループのメンバーは、65种类のペロブスカイトにおける既発表のデータと新たに测定したデータを开発したソフトウェアに入力し、新材料の特性を调べました。

8,000种类以上のペロブスカイトの中から、ソフトウェアが导き出した最も可能性のある候补材料を、研究メンバーが実际に研究室で作ってみました。すると、惊くべきことに、これまでには思いも寄らなかった材料において、反応の键を握るプロトン伝导性があることが判明したのです。

「半年かけたデータ収集と、たった1日で行った何千もの仮想材料の特性予测をもとに选别することで、これだというものに出合いました」と山崎教授は言います。「この方法は、それぞれの材料を実験的に検証した场合に比べて、6万倍のスピードです」。

有机分子の分野では、原子の结合数が比较的少なく、构造と机能の関係が分かりやすいため、础滨を用いたアプローチは比较的広く使われています。ただ、无机化合物に応用するには、大きな课题がありました。

「无机材料では、结晶中にある数百万个の原子にわずか数个の欠陥があるだけで、材料の特性が大きく変化します。そのため、必要な机能を有する无机材料を予测するモデルを开発するのは至难の技です」と山崎教授は説明します。

研究グループはソフトウェアを公开し、この研究技术はすでに、他の研究者たちも利用できるものになっています。

山崎教授は既知の反応を実现する材料を探す一方で、材料の新たな活用法にも目を向けています。柔软な発想により、持続可能なエネルギー源から燃料を製造する革新的なプロセスを生み出しました。それは、光や电気ではなくを使って反応を起こす全く新しい方法です。

「これまで长く研究されてきた光触媒に匹敌するものの、効率はまだ低いです。でも逆に言えば、研究によって改善する余地がまだまだあるということです」と前向きに捉える山崎教授。

新技术は、自身の研究に取り入れるだけでなく、次世代を担う研究者の卵を材料分野へ导くためにも活用されています。高校生の元へ足を运び、直接対话することに加えて、生徒たちがいつでも研究室を见学できるようが用意されています。

山崎教授のグループがこの手法を発展させて、新材料を予测し、试作していけば、もはや研究室で多くの时间を过ごす必要はなくなってしまうのかもしれません。