2025/06/16 更新

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ワタナベ ケン
渡邉 賢
WATANABE KEN
所属
総合理工学研究院 物質科学部門 准教授
総合理工学府 総合理工学専攻(併任)
工学部 融合基礎工学科(併任)
職名
准教授
連絡先
メールアドレス
電話番号
0925837537
外部リンク

研究分野

  • ナノテク・材料 / エネルギー化学

  • ナノテク・材料 / 無機物質、無機材料化学

  • ナノテク・材料 / 構造材料、機能材料

学位

  • 博士(工学)

経歴

  • 九州大学 総合理工学研究院 物質科学部門  准教授 

    2016年4月 - 現在

  • 物質材料研究機構   

    2013年6月 - 2016年3月

  • 物質材料研究機構   

    2011年4月 - 2013年5月

  • 物質材料研究機構   

    2009年6月 - 2011年3月

  • 九州大学  学術研究員 

    2009年4月 - 2009年5月

学歴

  • 九州大学   総合理工学府  

    2006年4月 - 2009年3月

研究テーマ・研究キーワード

  • 研究テーマ: 全固体Liイオン二次電池に関する研究

    研究キーワード: 全固体

    研究期間: 2013年7月

  • 研究テーマ: 自己拡散を用いた酸化物中の欠陥評価

    研究キーワード: 自己拡散

    研究期間: 2009年6月

  • 研究テーマ: 半導体ガスセンサに関する研究

    研究キーワード: ガスセンサ

    研究期間: 2009年4月

  • 研究テーマ: 混合導電性ぺロブスカイト型酸化物を用いた酸素分離

    研究キーワード: 混合導電体、ぺロブスカイト型酸化物

    研究期間: 2003年4月

受賞

  • 奨励賞

    2021年11月   日本セラミックス協会 電子材料部会  

  • 研究奨励賞

    2021年6月   九州ファインセラミックス・テクノフォーラム  

  • 2019年JCS-JAPAN優秀論文賞

    2020年5月   日本セラミックス協会  

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    新規固体電解質を用いた中温作動酸素濃縮デバイスに関する研究で顕著な成果があったため。

  • 平成31年度科学技術分野の文部科学大臣表彰 若手科学者賞

    2019年4月   文部科学省  

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    混合導電性を用いた酸素分離デバイスの開発

論文

  • Co-sintering a cathode material and garnet electrolyte to develop a bulk-type solid-state Li metal battery with wide electrochemical windows 査読 国際誌

    #N Hayashi, @K Watanabe, @K Shimanoe

    Journal of Materials Chemistry A   12   5269 - 5281   2024年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1039/D3TA06747E

  • Impact of intentional composition tuning on the sintering properties of Ca–Bi co-doped Li7La3Zr2O12 for co-fired solid-state batteries 招待 査読 国際誌

    #N Hayashi, @K Watanabe, T Ohnishi, K Takada, @K Shimanoe

    Journal of Materials Chemistry A   11   15681 - 15690   2023年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Li7La3Zr2O12 (LLZ) is a promising candidate electrolyte for co-fired all-solid-state Li-ion batteries. However, its application is hindered by the reaction between LLZ and electrode materials during high-temperature sintering. To reduce the sintering temperature, herein Li–Bi–O oxide is added as a low-melting-point material into Ca–Bi co-doped LLZ (LLZ-CaBi). Nanocomposites of Li6.5(La2.92−xCa0.08)(Zr1.42Bi0.58)O12 and Li–Bi–O are fabricated. Here, Li–Bi–O is formed in the particles by intentional composition tuning using a lower amount of La than the stoichiometric composition. Direct observation of the nanocomposite reveals Li–Ca–Bi–O, Ca–Bi–O, and Li2CO3 in mother LLZ–CaBi particles. Some properties improve as x increases, and after sintering at 750 °C the highest relative density of 94% and ionic conductivity of 1.2 × 10−3 S cm−1 are achieved at x = 0.13. Li, Ca, and Bi are dissolved in the liquid phase and re-precipitated to promote further densification. The dependence of ionic conductivity on x is well explained by the relative density and alleviation of bottlenecks in the Li-ion diffusion path. Moreover, the developed LLZ–CaBi could be co-fired with LiCoO2, and the co-fired half-cell successfully operates as an all-solid-state battery at room temperature. Thus, the composite of LLZ–CaBi with Li–Bi–O can be applied as a catholyte in solid-state batteries.

    DOI: 10.1039/D3TA00921A

  • Low-temperature sintering characteristics and electrical properties of Ca- and Bi-doped Li7La3Zr2O12 electrolyte containing Li3BO3 additive 査読 国際誌

    Hayashi, Naohiro; Watanabe, Ken; Shimanoe, Kengo

    JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A   11 ( 4 )   2042 - 2053   2023年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1039/d2ta07747g

  • Effect of Boron Substitution on Oxide-Ion Conduction in c-Axis-Oriented Apatite-Type Lanthanum Silicate 査読

    Shingo Ide, Hiroki Takahashi, Isamu Yashima, Koichi Suematsu, Ken Watanabe, Kengo Shimanoe

    Journal of Physical Chemistry C   124 ( 5 )   2879 - 2885   2020年2月

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    記述言語:英語  

    Apatite-type lanthanum silicate (LSO) is a material with high oxide-ion conductivity in the low- and intermediateerature range (573-873 K) and is, therefore, a promising solid electrolyte for lowerature applications such as solid oxide fuel cells and oxygen sensors. Herein, the effect of B substitution at the Si site in a c-axis-oriented apatite-type lanthanum silicate (La9.7Si5.3B0.7O26.2, c-LSBO) polycrystal on oxide-ion conduction is investigated. A highly c-axis-oriented LSBO polycrystal is fabricated by a vapor-solid reaction in which a dense La2SiO5 disk is heated in B2O3 vapor at ≥1673 K. The oxide-ion conductivity of c-LSBO reaches 16 mS cm-1 at 678 K with an activation energy of 0.4 eV. The obtained oxide-ion conductivity of c-LSBO is approximately 190 times higher than that of yttria-stabilized zirconia and 5.8 times higher than that of the polycrystalline c-axis-oriented nondoped lanthanum silicate. Based on 11B nuclear magnetic resonance measurements, B is located at the SiO4 site as BO4, suggesting the formation of an oxygen vacancy at the O4 site located along the c-axis due to charge compensation. In addition, molecular dynamics simulations indicate that the oxide-ion diffusion coefficient of the B-doped LSO is higher than that of the nondoped LSO. The high oxide-ion conductivity of c-LSBO is likely attributable to the formation of an oxygen vacancy at the O4 site by B doping, which has a lower valency than Si. Therefore, c-LSBO is a promising candidate as a solid electrolyte in electrochemical devices operating at low and moderately high temperatures.

    DOI: 10.1021/acs.jpcc.9b11454

  • Isotope tracer investigation and ab-initio simulation of anisotropic hydrogen transport and possible multi-hydrogen centers in tin dioxide 査読

    Ken Watanabe, Isao Sakaguchi, Minako Hashiguchi, Noriko Saito, Emily M. Ross, Hajime Haneda, Takeo Ohsawa, Naoki Ohashi

    Journal of Applied Physics   119 ( 22 )   2016年6月

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    記述言語:英語  

    Hydrogen as an impurity in single crystals of tin dioxide was investigated through diffusivity and vibrational-mode analyses performed using isotope tracers and density functional theory calculations. It was found that hydrogen diffusion along the 001 axis is very fast, even at relatively low temperatures (400 �C), but is considerably slower within the (001) plane. Using transitional state calculations, this diffusion behavior was determined to be the result of anisotropy in the migration barrier for interstitial hydrogen (Hi). In addition, the two distinct vibrational modes observed in the optical spectrum were identified as the O-H stretching modes of Hi and the substitutional hydrogen at the tin sites.

    DOI: 10.1063/1.4953387

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講演・口頭発表等

  • Low temperature sintering of garnet-type Li7La3Zr2O12 for all solid state Li-ion battery 招待 国際会議

    Ken Watanabe, Koichi Suematsu, Kengo Shimanoe

    OptoX-NANO 2019  2019年12月 

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    開催年月日: 2019年12月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:Okayama   国名:日本国  

  • Challenge toward co-sintering of all solid-state Li ion battery based on oxides 招待 国際会議

    Ken Watanabe

    The 11th International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics  2019年7月 

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    開催年月日: 2019年7月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:Tsukuba International Congress Center   国名:日本国  

  • New concept of solid electrolyte gas sensor based on oxide-ionic conductor 招待 国際会議

    Ken Watanabe, Shingo Ide, Koichi Suematsu, Kengo Shimanoe

    22th international Conference on Solid State Ionics  2019年6月 

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    開催年月日: 2019年6月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:Pyeong Chang   国名:大韓民国  

  • Material design for an electrode of oxygen pumps based on oxide-ion conductors 招待 国際会議

    K. Watanabe

    CIMTEC2018 (14th International Ceramics Congress)  2018年6月 

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    開催年月日: 2018年6月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:Perugia   国名:イタリア共和国  

  • Li-B系酸化物を用いたLi7 La3 Zr2O12 の低温焼結

    吉野嵩啓, 渡邉賢, 末松昂一, 西堀麻衣子, 島ノ江憲剛

    第 56 回セラミックス基礎科学討論会プログラム  2018年1月 

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    開催年月日: 2018年1月

    記述言語:日本語  

    開催地:つくば国際会議場(エポカル/EPOCHAL)   国名:日本国  

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MISC

  • 酸化物系全固体Liイオン電池の開発とその作製プロセス 招待

    渡邉 賢

    車載テクノロジー   12 ( 4 )   33 - 38   2025年1月

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    担当区分:筆頭著者, 最終著者, 責任著者   記述言語:日本語   掲載種別:記事・総説・解説・論説等(商業誌、新聞、ウェブメディア)  

  • 易焼結性ガーネット型固体電解質の開発とその一括焼結電池への応用  招待

    渡邉 賢

    ファインケミカル   53 ( 9 )   5 - 10   2024年9月

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    担当区分:筆頭著者, 最終著者, 責任著者   記述言語:日本語   掲載種別:記事・総説・解説・論説等(商業誌、新聞、ウェブメディア)  

  • 混合導電性ペロブスカイト型酸化物を用いた酸素分離膜

    渡邉賢, 島ノ江憲剛, 寺岡靖剛

    2011年1月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:日本語  

  • 混合導電性ペロブスカイト型酸化物を用いた酸素分離

    渡邉賢, 寺岡靖剛

    2010年9月

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    記述言語:日本語  

産業財産権

特許権   出願件数: 8件   登録件数: 0件
実用新案権   出願件数: 0件   登録件数: 0件
意匠権   出願件数: 0件   登録件数: 0件
商標権   出願件数: 0件   登録件数: 0件

所属学協会

  • 化学センサ研究会

  • 日本セラミックス協会

  • 電気化学会

  • 日本化学会

  • 日本固体イオニクス学会

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委員歴

  • 電気化学会九州支部   役員   国内

    2022年1月 - 2023年12月   

  • 電気化学会九州支部   役員  

    2022年1月 - 2023年12月   

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  • 日本セラミックス協会   行事企画委員   国内

    2021年4月 - 2027年3月   

  • 日本セラミックス協会   行事企画委員  

    2021年4月 - 2027年3月   

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  • 電気化学会   電気化学 編集部 編集委員会   国内

    2021年3月 - 2023年3月   

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学術貢献活動

  • 現地実行委員

    2023  ( 九州大学伊都キャンパス ) 2023年9月

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    種別:大会・シンポジウム等 

  • プログラム編成委員

    日本セラミックス協会 2022年年会  ( オンライン ) 2022年3月

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    種別:大会・シンポジウム等 

  • 日本セラミックス協会 2022年年会

    ( オンライン Japan ) 2022年3月

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    種別:大会・シンポジウム等 

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  • 電気化学

    2021年3月 - 2023年3月

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    種別:学会・研究会等 

  • 電気化学

    役割:審査・評価

    2021年3月 - 2023年3月

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    種別:査読等 

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共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 極限宇宙環境下で100年間安定的に作動する宇宙電池実現を目指して

    研究課題/領域番号:24K21222  2024年6月 - 2027年3月

    科学研究費助成事業  挑戦的研究(開拓)

    佐藤 一永, 吉田 和哉, 市川 裕士, 渡邉 賢, 宇野 健太朗

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    資金種別:科研費

    蓄電の中心であるリチウムイオン電池等の蓄電池が,①微小重力・②超高真空・③超高温・④宇宙放射線・⑤極低温等が想定される過酷な環境下で安定的に作動するためには,電池を保護するための保護機構が必須である.保護機構は,重量増加や不具合の発生確率を高めるため,できる限り無くすことが望まれる.だが,現在,保護機構不要な蓄電池は存在しない.そこで,本研究では,その困難な課題を克服し,過酷宇宙環境下で安全かつ長期間安定的に暴露作動可能な蓄電池を設計し,創成する.

    CiNii Research

  • 異種粒子同時照射によるoperando計測用電気化学セルの実現

    研究課題/領域番号:24K21811  2024年6月 - 2026年3月

    科学研究費助成事業  挑戦的研究(萌芽)

    本山 宗主, 渡邉 賢

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    資金種別:科研費

    無機固体電解質(SE)を利用したデバイスの実用化研究を進める中で、解析に適した実験系の構築は重要となる。合剤電極を用いた全固体電池(SEの両側に正極と負極を接合させた蓄電池)のoperando計測を微小スケールで行う場合は、合剤電極の一部のみを測定することになる。そのため、測定外領域の影響を考慮できない。本研究では、電極活物質とSEの異種粒子を混合分散させた溶液をインクに用い、基板上に負極、SE、正極が高精度に配置された微小固体電気化学セルを描画作製する。これにより、合剤電極を用いた系でも正極の端から負極の端にいたる全領域にわたり、ラマン分光装置などを用い、一括でoperando計測できる。

    CiNii Research

  • ダブルレセプターを反応場とする超高感度・高選択性MEMSガスセンサシステムの創出

    研究課題/領域番号:23K26383  2023年4月 - 2026年3月

    科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    島ノ江 憲剛, 渡邉 賢, 末松 昂一

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    資金種別:科研費

    金属酸化物半導体ガスセンサとMEMS(Micro-Electro-Mechanical-System)パルス駆動を融合することにより、これまで実現不可能とされているpptレベルの超高感度(Ultra-High-Sensitive)と超ガス選択性(Super-Selective)の両者を兼ね備えた新規なガスセンサを提案する。学術的には、これまで触媒反応の定常状態を信号としてきたガスセンサに、パルス駆動による選択的ガス吸着とその特異な反応過程という新規な速度論的解釈を導入し、さらにこれまでにない新たな情報応用の基礎を構築するものである。

    CiNii Research

  • 酸化物固体電解質を用いた一括焼結Liイオン二次電池用正極の高性能化

    研究課題/領域番号:22K04739  2022年 - 2024年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(C)

    渡邉 賢

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    担当区分:研究代表者  資金種別:科研費

    申請者は、これまでにガーネット型酸化物(Li7La3Zr2O12:LLZ)を固体電解質、Ni系層状岩塩酸化物を正極活物質とした一括焼結型全固体Liイオン二次電池(Co-fired all solid-state Li-ion battery: Cf-AssLiB)の作製プロセスを確立した。本研究では、Cf-AssLiBにしか実現できない活物質緻密正極や活物質緻密層と活物質/固体電解質複合層を積層した二層正極など正極微細構造や活物質組成が電池特性に与える影響を調査し、Cf-AssLiBの高性能化に資する設計指針を得ることを目的とする。

    CiNii Research

  • 硫化物全固体Liイオン二次電池用正極材料に関する研究

    2021年3月 - 2022年3月

    共同研究

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    担当区分:研究代表者  資金種別:その他産学連携による資金

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教育活動概要

  • 工学部融合基礎工学科物質材料コースならびに総合理工学府総合理工学専攻材料理工学メジャーにおいて、無機機能性材料に関する教育研究を実施する。

担当授業科目

  • 物質材料科学実験Ⅳ

    2024年12月 - 2025年2月   冬学期

  • 電気化学Ⅱ

    2024年12月 - 2025年2月   冬学期

  • セラミックス材料学Ⅱ

    2024年12月 - 2025年2月   冬学期

  • 電気化学Ⅰ

    2024年10月 - 2024年12月   秋学期

  • 材料機能設計基盤特論 Ⅰ e

    2024年4月 - 2024年6月   春学期

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その他教育活動及び特記事項

  • 2023年  クラス担任  学部

  • 2022年  クラス担任  学部

  • 2021年  クラス担任  学部

  • 2020年  クラス担任  学部

  • 2019年  クラス担任  学部

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社会貢献活動

  • 春日野中学校における出前講義

    2021年6月

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    対象:幼稚園以下, 小学生, 中学生, 高校生

    種別:セミナー・ワークショップ

  • 春日野中学校における出前講義

    2021年6月

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    種別:セミナー・ワークショップ

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  • 春日野中学校における出前講義

    2019年6月

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    対象:幼稚園以下, 小学生, 中学生, 高校生

    種別:セミナー・ワークショップ

  • 春日野中学校における出前講義

    2019年6月

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    種別:セミナー・ワークショップ

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政策形成、学術振興等への寄与活動

  • 2019年9月 - 現在   科学技術・学術政策研究所

    NISTEP専門調査員

海外渡航歴

  • 2024年10月

    滞在国名1:アメリカ合衆国   滞在機関名1:ハワイコンベンションセンター

  • 2006年9月 - 2006年12月

    滞在国名1:フィンランド共和国   滞在機関名1:オウル大学