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Improvement of triboelectricf power generator output and study of tribological phenomena in large electricfield

Research Project

Project/Area Number 21H01240
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 18040:Machine elements and tribology-related
Research InstitutionKansai University

Principal Investigator

Tani Hiroshi  関西大学, システム理工学部, 教授 (40512702)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 呂 仁国  関西大学, システム理工学部, 教授 (90758210)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2021: ¥10,400,000 (Direct Cost: ¥8,000,000、Indirect Cost: ¥2,400,000)
Keywordsトライボロジー / トライボケミカル反応 / 摩擦発電 / イオン液体 / 帯電 / DLC / 静電気 / 振動発電 / エネルギーハーベスティング
Outline of Research at the Start

振動発電は身近な振動や動きから発電を行う汎用性の高い技術であり,その応用はIoT(Internet of Things)向けの電源用途など極めて多岐に渡る.本研究では,申請者が提案する摩擦発電式振動発電技術において,実用的なデバイスの構造を確立し,摩擦発電機として世界最高レベルの発電量を達成することを目標とする.具体的には(1)帯電フィルムの帯電電荷密度増加のための樹脂材料・構造の検討,(2)イオン液体の極微量添加による摩擦発電出力の向上,(3)帯電による高電場中におけるトライボロジー現象を明らかにする

Outline of Final Research Achievements

The research was conducted with the goals of improving the power output of a triboelectric power generator and proposing a practical device structure for a triboelectric power generator. As a result, the following were found. (1) The charge density of the triboelectrification increases by adding a very small amount of ionic liquid (10-20 ppm) to the PVDF film, and the triboelectric power output increases by a factor of two or more. Furthermore, it was found that the amount of charge density increased to two times by the porous composite PVDF film with ionic liquid. (2) The prototype triboelectric power generator was subjected to an acceleration test in which a large impact of 200 G was applied. No significant wear of the charged films was observed even after about 10e6 contact/separation cycles, indicating that the triboelectric power generator has sufficient durability.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究によって見出したイオン液体添加ならびにポーラス化による摩擦発電機の出力向上によって,出力を約4倍にする指針を見出すことが出来たことは画期的である.これにより摩擦発電機の実用化に大きく貢献できると考えられる.また,厳しい加速試験でその耐久性についても確認できた.さらに,摩擦中に摩擦面から発生するトライボ電子を用いて,電場によって摩擦生成物の生成をコントロールすることが出来ることを示した.このことは電場による摩擦係数のコントロール可能性を示しておりトライボロジーにおける新しい知見と考えられる.

Report

(3 results)
  • 2023 Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (58 results)

All 2023 2022 2021 Other

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 3 results) Presentation (45 results) (of which Int'l Joint Research: 10 results) Remarks (2 results) Patent(Industrial Property Rights) (4 results)

  • [Journal Article] Control of head smear generation by diamond-like carbon films using an external electric field2023

    • Author(s)
      Tani Hiroshi、Lu Renguo、Koganezawa Shinji、Tagawa Norio
    • Journal Title

      Microsystem Technologies

      Volume: 29 Issue: 3 Pages: 295-300

    • DOI

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      Volume: 17 Issue: 4 Pages: 348-355

    • DOI

      10.2474/trol.17.348

    • ISSN
      1881-218X, 1881-2198
    • Year and Date
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      Tani Hiroshi、Tagawa Norio、Kawada Shouhei、Lu Renguo、Koganezawa Shinji
    • Journal Title

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      Volume: 17 Issue: 2 Pages: 110-117

    • DOI

      10.2474/trol.17.110

    • ISSN
      1881-218X, 1881-2198
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      Volume: 17 Issue: 1 Pages: 32-43

    • DOI

      10.2474/trol.17.32

    • NAID

      130008165035

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      Volume: 16 Issue: 4 Pages: 309-316

    • DOI

      10.2474/trol.16.309

    • NAID

      130008138507

    • ISSN
      1881-218X, 1881-2198
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      河田 圭司、谷 弘詞、呂 仁国、多川 則男、小金沢 新治
    • Organizer
      日本機械学会2021年度年次大会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 光電子アシストCVD法で成膜した潤滑膜によるDLCスメアの低減2021

    • Author(s)
      谷 弘詞、呂 仁国、小金沢 新治、多川 則男
    • Organizer
      日本機械学会2021年度年次大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 外部電場によるレーザ加熱されている DLC の摩擦係数制御2021

    • Author(s)
      谷 弘詞,泉谷 裕毅,呂 仁国,小金沢 新治,多川 則男
    • Organizer
      日本トライボロジー会議2021秋
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      2021 Annual Research Report
  • [Remarks] !関西大学学術情報システム

    • URL

      https://gakujo.kansai-u.ac.jp/profile/ja/02f9IbaXla514aCf7d9a0fc0d6.html

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  • [Remarks] 谷弘詞研究紹介

    • URL

      https://wps.itc.kansai-u.ac.jp/tani/

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      2021 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 状態計測装置、センシング軸受、状態計測システム、状態計測方法、およ び状態計測プログラム2022

    • Inventor(s)
      谷弘詞
    • Industrial Property Rights Holder
      谷弘詞
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2022-013726
    • Filing Date
      2022
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      2022 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 着用具、および身体に電流を供給する方法2022

    • Inventor(s)
      谷弘詞
    • Industrial Property Rights Holder
      谷弘詞
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2022-001151
    • Filing Date
      2022
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      2021 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 摩擦発電機2021

    • Inventor(s)
      森田陽明,谷弘詞
    • Industrial Property Rights Holder
      森田陽明,谷弘詞
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2021-028897
    • Filing Date
      2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 帯電フィルムおよび摩擦発電機2021

    • Inventor(s)
      谷弘詞
    • Industrial Property Rights Holder
      谷弘詞
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2021-207253
    • Filing Date
      2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report

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Published: 2021-04-28   Modified: 2025-01-30  

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