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Efficiency definition in sensitized thermal cells

Research Project

Project/Area Number 23K21145
Project/Area Number (Other) 21H02041 (2021-2023)
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeMulti-year Fund (2024)
Single-year Grants (2021-2023)
Section一般
Review Section Basic Section 36020:Energy-related chemistry
Research InstitutionInstitute of Science Tokyo

Principal Investigator

松下 祥子  東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (50342853)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 松谷 晃宏  東京工業大学, オープンファシリティセンター, 主任技術専門員 (40397047)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Keywords熱エネルギー変換 / 再生可能エネルギー / 熱励起電荷 / 色素増感型太陽電池 / 酸化還元 / 熱エネルギー / ゼロカーボン / 熱電 / 半導体 / ゼロエミッション / 低炭素社会 / ゼロカーボンエネルギー / SDGs
Outline of Research at the Start

半導体増感型熱利用発電(Semiconductor-sensitized Thermal Cell, STC)は、熱エネルギーをダイレクトに電気エネルギーに変換する、新しい発電方法である。本計画では、STCの発電においてどれほどの熱量が消費され、どの程度のエネルギー変換効率なのか等の評価が全くされていない。本研究では、STCの発電における消費熱量を測定し、その効率の定義を提唱することを目的とする。

Outline of Annual Research Achievements

熱励起電荷による電解質イオンの酸化還元反応により発電する半導体増感型熱利用発電(Semiconductor-sensitized thermal cell, STC)は新しい熱エネルギー変換技術であり、今だ変換効率の定義も道半ばである。本研究では、まずは効率の定義に向け、STC放電時の熱量変化測定系の構築に注力している。
熱量変化を測定するためには、ある程度長時間にわたる大電流放電が必要である(そうでないと使用する熱量変化が小さすぎる)。本研究申請時には、平らな電極上での6 mmΦの発電部であったため、放電電流が小さく、結果放電による熱量変化が微小すぎ、用意した高性能温度計でも熱量変化を測定できなかった。
そこで本研究では、大電流放電を可能にするための電極面積の増大、電極表面のラフネス増大、および長時間安定な電解質の作製に注力した。
2023年度は長時間安定な電解質作製を目指し、ゲル電解質、固体高分子電解質に関し学会発表を行った。また、電極ペーストの開発、電気化学的な新たな解析手法、などについて積極的に取り組んだ。これらの成果は、244th ECS meetingなど著名な国際学会を含む国内外の招待講演7件、総説2件、学術論文1報、また「 Ge増感型熱利用電池におけるポリエチレングリコール溶媒の分子量検討」「 Ge増感型熱利用電池用ゲル電解質膜の作製と評価」「 PEG600を電解液に用いた半導体増感型熱利用電池における定常分極測定法の検討」などの学会発表にて対外的に報告した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

共同研究企業との連携もあり、長時間安定な半導体増感型熱利用発電の構築が確認できるとともに、作用極・対極のペースト化も進んだ。
また、多くの招待講演のご依頼をいただき、半導体増感型熱利用発電の概念が少しずつ国内外に広がってきた。

Strategy for Future Research Activity

これまでの成果を合わせて大放電電流可能な半導体増感型熱利用発電電池を作製し、熱量測定を行い、変換効率の定義を行う。

Report

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

    (34 results)

All 2024 2023 2022 2021 Other

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (26 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 10 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Counter electrode dependence of germanium-sensitized thermal cells2024

    • Author(s)
      Kenta Tamaki and Sachiko Matsushita
    • Journal Title

      Jpn. J. Appl. Phys.

      Volume: 63 Issue: 1 Pages: 01SP22-01SP22

    • DOI

      10.35848/1347-4065/acfdb1

    • Related Report
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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Surface Treatment of Polyimide Using Solid-source H2O Plasma for Fabrication of Ge Electrode2023

    • Author(s)
      Mie Tohnishi, Mina Sato, Akihiro Matsutani, Takashi Ubukata, Sachiko Matsushita.
    • Journal Title

      Sensors and Materials

      Volume: 35 Issue: 3 Pages: 1023

    • DOI

      10.18494/SAM4276

    • ISSN
      0914-4935, 2435-0869
    • Year and Date
      2023-03-23
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  • [Journal Article] Electrolyte Thickness Dependence on Ge-Sensitized Thermal Cells2022

    • Author(s)
      Kohata Haruki, Mei Biao, Wang Ye, Mizukoshi Kazushi, Isobe Toshihiro, Nakajima Akira, Sachiko Matsushita
    • Journal Title

      Energy & Fuels

      Volume: 36 Issue: 19 Pages: 11619-11626

    • DOI

      10.1021/acs.energyfuels.2c01113

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  • [Journal Article] In-situ observation of redox reactions in Ge-sensitised thermal cells2022

    • Author(s)
      Yoshiharu Hida ,Toshihiro Isobe ,Akira Nakajima , and Sachiko Matsushita
    • Journal Title

      Bull. Chem. Soc. Jpn.

      Volume: 95 Issue: 5 Pages: 813-818

    • DOI

      10.1246/bcsj.20220061

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  • [Journal Article] Role of the ions in the Ge/(CuCl, CuCl2 and LiCl)/FTO-sensitized thermal cell2021

    • Author(s)
      Takumi Ikeda; Hayato Sekiya; Haruki Kohata; Toshihiro Isobe; Akira Nakajima; Sachiko Matsushita
    • Journal Title

      J. Electroanal. Chem.

      Volume: 895 Pages: 115413-115413

    • DOI

      10.1016/j.jelechem.2021.115413

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  • [Journal Article] The sensitized thermal cell: towards zero emissions of greenhouse gas2021

    • Author(s)
      Sachiko Matsushita
    • Journal Title

      Proc. SPIE, Energy Harvesting and Storage: Materials, Devices, and Applications XI

      Volume: 11722 Pages: 1172206-1172206

    • DOI

      10.1117/12.2588670

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  • [Presentation] 半導体内の熱励起電荷による酸化還元反応:半導体増感型熱利用発電2024

    • Author(s)
      松下祥子
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      松下祥子
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      第2回 カーボンニュートラル次世代人材育成セミナー
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    • Author(s)
      Mie Tohnishi, Sachiko Matsushita, Akihiro Matsutani
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      2023 International Symposium on Dry Process (DPS 2023)
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    • Int'l Joint Research
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      2023年第84回応用物理学会秋季学術講演会
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      中村祐太, 柴亜東, 松下祥子
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      2023電気化学会秋季大会
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  • [Presentation] PEG600を電解液に用いた半導体増感型熱利用電池における定常分極測定法の検討2023

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      玉木健太,松下祥子
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      2023電気化学秋季大会
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  • [Presentation] 半導体増感型熱利用発電における対極の検討2023

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      松下 祥子,玉木 健太
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      電気化学会第90回大会
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  • [Presentation] 半導体増感型熱利用発電とその充電方法2023

    • Author(s)
      松下祥子
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      2023年度M&BE講習会“エネハベ技術の社会実装: 環境発電と微小蓄電のマリアージュ ~各技術紹介からデバイス展示まで”
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  • [Presentation] 石油価格に影響を与える?新技術:半導体増感型熱利用発電2023

    • Author(s)
      松下祥子
    • Organizer
      東京大学 鎌倉淡青会 三金会
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      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Semiconductor-Sensitized Thermal Cell: Redox Reactions by Thermally-Excited Carriers2023

    • Author(s)
      Sachiko Matsushita
    • Organizer
      244th ECS meeting
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] New thermal energy conversion technology: Semiconductor-sensitized thermal cell2023

    • Author(s)
      Sachiko Matsushita
    • Organizer
      EM-NANO 2023
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 熱励起電荷による酸化還元反応:半導体増感型熱利用発電2023

    • Author(s)
      松下祥子
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      独立行政法人日本学術振興会・産学協力委員会 R025先進薄膜界面機能創成委員会 第14回委員会・第13回研究会「グリーントランスフォーメーションを加速する電気化学デバイスと界面現象」
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      松谷晃宏,遠西美重,藤本美穂,松下祥子
    • Organizer
      2022年第83回応用物理学会秋季学術講演会
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  • [Presentation] Ag2S増感型熱利用電池におけるフェロセン系電解質の検討2022

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      樋田 圭晴,望月 泰英,磯部 敏宏,中島 章,松下 祥子
    • Organizer
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
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    • Organizer
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      樋田 圭晴, 望月 泰英, 磯部 敏宏, 中島 章, 松下 祥子
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      松谷晃宏, 遠西美重, 藤本美穂, 松下祥子
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  • [Presentation] Ag2S増感型熱利用電池の作製と評価2022

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      樋田 圭晴, 望月 泰英, 磯部 敏宏, 中島 章, 松下 祥子
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      遠西 美重, 佐藤美那, 松下祥子, 松谷晃宏
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  • [Presentation] 増感型熱利用発電技術の基礎と応用および今後の展開2022

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      遠西 美重, 佐藤美那, 松下祥子, 松谷晃宏
    • Organizer
      応用物理学会
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      松下 祥子
    • Organizer
      第5回応用物理学会フォノンエンジニアリング研究会
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      Sachiko Matsushita
    • Organizer
      SPIE Defense + Commercial Sensing
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  • [Presentation] Ge系増感型熱利用電池における酸化還元反応のin-situ観察2021

    • Author(s)
      樋田 圭晴, 磯部 敏宏, 中島 章, 松下 祥子
    • Organizer
      応用物理学会
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  • [Remarks] 松下祥子研究室

    • URL

      http://sachiko.mat.mac.titech.ac.jp/guide.html

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  • [Patent(Industrial Property Rights)] 熱電発電素子、熱電発電池、及び発電の安定化方法.2022

    • Inventor(s)
      松下祥子, 木幡春輝, 関谷颯人, 池田拓未, 小日向 貢.
    • Industrial Property Rights Holder
      松下祥子, 木幡春輝, 関谷颯人, 池田拓未, 小日向 貢.
    • Filing Date
      2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report

URL: 

Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

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