| Project/Area Number |
23K26374
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| Project/Area Number (Other) |
23H01681 (2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
中山 忠親 長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (10324849)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
NGUYEN THANHSON 釧路工業高等専門学校, 創造工学科, 准教授 (00797235)
大川 采久 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (40975603)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥19,110,000 (Direct Cost: ¥14,700,000、Indirect Cost: ¥4,410,000)
Fiscal Year 2025: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥11,960,000 (Direct Cost: ¥9,200,000、Indirect Cost: ¥2,760,000)
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| Keywords | 誘電体 / スマートパルス電源 / ポーリング / ナノ秒パルス場 / 焦電発電 / 分極制御 |
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| Outline of Research at the Start |
誘電体の焦電特性を用いることで変動する熱源から電気エネルギー回生が可能である。ここで、焦電発電においては、熱と電気によるサイクル（＝オルセンサイクル）が利用されている。これに対して申請者らは変動する温度に対する電場印加のタイミングを工夫することにより、オルセンサイクルよりも理論効率として1.5倍高効率な独自熱電サイクルを世界で初めて見出し、その理論発電効率式も提唱している。この熱電サイクルを用いることで変動する熱源から電気エネルギーを回生する。特に、入力パルスを最適化することにより発電量の最適化を行うことが本研究の主な取り組みとなる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
誘電体の焦電特性を用いることで変動する熱源から電気エネルギー回生が可能である。ここで、焦電発電においては、熱と電気によるサイクル（＝オルセンサイクル）が利用されている。これに対して申請者らは変動する温度に対する電場印加のタイミングを工夫することにより、オルセンサイクルよりも理論効率として1.5倍高効率な独自熱電サイクルを世界で初めて見出し、その理論発電効率式も提唱している。
昨年度までの研究により、通常の熱・電気サイクルであるオルセンサイクルにおいては、サイクルの中で直流電場を印加し続けているのに対して、本研究においては、適切なタイミングで電場をパルス電場で印加することにより、呼び水として印加する電力量が大幅に現象し、それによって最終的にネットでの発電量が増加することを実証した。
他方、ナノ秒パルス電場における課題として、誘電体の分極（ポーリング）の時定数の観点から、電子分極やイオン分極などの時定数の短い、短時間で起こり得る分極現象についてはすべて動いているが、配向分極や界面分極などの時定数の長い、ゆっくりと起こる分極現象については、ナノ秒パルスを一度入力しただけでは、分極が完全には起こりきらず、結果として、分極が不十分である可能性が示唆されている。そのため、今年度においては、以下の２つの手法でこの課題を解決した。1.わずかな直流とナノ秒パルスを重ね合わせて印加する手法、２．ナノ秒パルスを繰り返し入力する手法である。その結果、１．の手法ではほぼ100％に近い分極が達成された。従って、更に発電量が増加した。また、２．の手法では100％の分極は得られなかったものの、従前法に比べれば発電量が増加した。いずれの場合でも昨年度よりも高い発電量が得られ、研究開始時よりも工夫された実験条件で発電量の増加が確認された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初はナノ秒パルス電場の印加で分極現象の制御を行うことを目標としていたが、本年度は更に、直流との重畳入力法、パルスの繰り返し入力法という新たな手法を提案し、そのいずれもが単パルスの入力よりも更に優れた特性を得るに至った。このように当初の実験方法よりもさらに工夫された実験において進展が見られているため。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の成果から、重畳直流パルス法、繰り返しパルス法の優位性が見出されたため、更に多様な電力入力手法を検討する。また、単に発電量の上昇だけでなく、パルス電場による分極現象のメカニズムの解明という物理的学術的な見地からの検討を行う。
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