Exploration of salinity-gradient-energy electric-generator functions of coordination-polymer nanofilms using water evaporation
| Project/Area Number |
21K18972
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 34:Inorganic/coordination chemistry, analytical chemistry, and related fields
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
栗原 正人 山形大学, 理学部, 教授 (50292826)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石崎 学 山形大学, 理学部, 講師 (60610334)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | 配位高分子 / プルシアンブルー / 水和 / 発電 / イオニクス / ゼータ電位 / カーボンナノチューブ / 塩水発電 |
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| Outline of Research at the Start |
電気二重層(EDL)発電は、自然/人工的な物質表面の電位を介して、水の移動エネルギーを電気エネルギーに変換する。本研究では、これに加え、電解質水溶液に潜在する水和エネルギーを外部に取り出す発電機構を探索する。発電層では、電子/ホール移動を制御する疑似半導体であるPB・PBAを使い、従来、EDL発電では考慮されていなかった付加価値の高い発電機構を見出すため、電子/ホールを選択的に取り込む電極構造と仕事関数に着目することで起電力増強効果の発現に繋げていく。表面電荷を有するPB・PBAナノ粒子からなる発電層の緻密薄膜から多孔質膜まで多様な構造制御により、電流量と起電力のバランスについて調査する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
「アルカリ金属イオンの拡散と水和状態の変化によるPBナノ粒子緻密薄膜の起電力発現」の起源を明らかにするため、透明導電(ITO)ガラス基板上に作製したPBナノ粒子緻密薄膜を用い、カリウムやナトリウムイオン水溶液中でフェリ/フェロ酸化還元に由来する自然電位の変化の濃度依存性を調べた。僅かな変化が見られるものの、膜厚等の成膜条件や電極構造の最適化が必要であることが分かった。また、現状では発生する電流量が小さいと推測される。これは、緻密薄膜ではPBナノ粒子と水溶液との接触面積が小さいこと、また、内部に無数の粒子界面が存在し、カリウムやナトリウムイオン侵入（拡散）を阻害しているためだと考えられる。そこで、ナトリウムイオンを解離できる水溶性有機高分子を複合化したPBナノ粒子薄膜の作製を行った。最適な膜構造を得るため高分子の含有量を変化させた。しかし、現状では膜作製が可能であることが分かったが、ナトリウムイオン水溶液中で膜構造崩壊が起こり、電位変化における顕著な効果が得られていない。PB結晶格子内外でカリウムやナトリウムイオンの水和エントロピーと拡散速度が熱力学的に異なることを考慮すると、電位変化の温度依存性を調べることが、今後有効な手段であると考えられる。濾紙にPBナノ粒子分散液を高濃度含侵させ、PB担持濾紙膜を作製した。その担持量を変化させた。変化量が少ないものの塩水の移動（水の上部蒸発）に伴い、塩濃度とPBの担持量に依存して系統的変化する起電力と電流量を捉える方法を種々検討した。その中で、PB担持濾紙膜を上下運動させることで、その動作に同期して起電力と電流量が変化する現象が見出された。これは、PBナノ粒子表面での塩水の機械的な動きがPB結晶格子内外でナトリウムイオンの拡散に影響を与えている可能性を示した。僅かな状態（動的）変化がフェリ/フェロ起電力を生み出すことが分かった。
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Report
(3 results)
Research Products
(4 results)
