全固体電池材料の探索、ロボット実験システムで効率化：メカノケミカル合成作業を自動化

産業技術総合研究所（産総研）は、デンソーウェーブや愛知工業大学、あいち産業科学技術総合センターと共同で、全固体電池材料のメカノケミカル合成を一貫して行える「人協働型自動実験システム」を開発した。研究者の作業負荷を軽減し、材料探索を効率良く行うことが可能となる。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

一度の指令で粉体秤量から試料保管まで最大10試料を連続処理

　産業技術総合研究所（産総研）マルチマテリアル研究部門カーボンニュートラル材料研究グループの山口祐貴上級主任研究員らは2026年11月、デンソーウェーブや愛知工業大学、あいち産業科学技術総合センターと共同で、全固体電池材料のメカノケミカル合成を一貫して行える「人協働型自動実験システム」を開発したと発表した。研究者の作業負荷を軽減し、材料探索を効率良く行うことが可能になる。

　全固体電池は、高い安全性とエネルギー密度が期待されている蓄電池である。ただ、性能を左右するといわれる固体電解質や電極材料を開発するには、多様な材料組成や処理する条件を調べる必要がある。従来はこうした実験を研究者が手作業で行っており、材料開発の効率を低下させる要因の1つとなっていた。

　産総研はこれまで、ロボット実験とAIを組み合わせ、セラミックス材料の合成・製造条件を短時間で探索する技術を開発してきた。2023年には粉体秤量の自動化装置と人協働ロボットを用い、100℃以下で進行する化学焼結プロセスの条件探索を高速化した。

　今回はこの技術を、メカノケミカル合成と全固体電池材料の探索に応用した。具体的には、産総研の「セラミックス・電池材料技術」、デンソーウェーブの「人協働ロボット技術」、愛知工業大学の「ロボット周辺モジュール開発技術」および、あいち産業科学技術総合センターの「材料評価・産業支援基盤」を組み合わせ、全固体電池材料の開発に用いる粉体実験を連続して自動実行できる「人協働型自動実験システム」を開発した。

開発したメカノケミカル合成用自動実験システムの外観［クリックで拡大］ 出所：産総研他

　開発した実験システムを活用すれば、試薬やビーズの選択方法、秤量手順、作業順序といった実験ノウハウを自動で再現できるという。また、試薬量、ビーズの種類や量、遊星ボールミルの回転数、処理時間といった実験パラメーターをデジタルデータとして一元管理できる。これらのデータは、MIやPI（プロセスインフォマティクス）の説明変数として活用できるという。

　しかも、試薬などの保管容器とボールミル容器の搬送から、ボールミル処理およびその後の試料保管まで、必要な一連の作業を一度の指令で連続して行える。特に、遊星ボールミルは1回の処理で2試料を取り扱い、これを5連続して実行できる。このため、一度の指令で最大10試料を自動処理できるという。

　各実験では試薬量や処理時間など、実験パラメーターを変更できるため、多様な組み合わせを系統的に調べることができる。一連の作業はグローブボックス内で自動実行されるため、外気の影響を受けることもない。

開発した自動実験システムの工程フロー［クリックで拡大］ 出所：産総研他

自動実験システムを可能にするモジュール群［クリックで拡大］ 出所：産総研他

　開発したシステムは今後、対象材料や実験工程を拡張し、セラミックス材料開発に広く適用できるシステムに仕上げていく。なお、2029年度以降には共同利用が可能な実験設備として、地域企業が活用できる材料評価・開発基盤への導入を検討していく。