Development of Si-based phase change materials at ultra-high temperature for high-efficiency thermal energy storage systems
| Project/Area Number |
23KJ0032
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 31020:Earth resource engineering, Energy sciences-related
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
川口 貴大 北海道大学, 工学院, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2023-04-25 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
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| Keywords | エネルギー貯蔵 / 蓄熱 / 潜熱蓄熱 / 相変化物質 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、超高温潜熱蓄熱システムの実現のためにSi系潜熱蓄熱材料の開発及び潜熱蓄熱材料に対し安定な構造材料の探索を実施する。最初に、熱力学的平衡状態を予測するソフトウェア等を用いて、潜熱蓄熱材料として有望な組成を探索する。その後、潜熱蓄熱材料を作製し組織観察や熱物性の調査を実施する。加えて、開発した潜熱蓄熱材料と構造材料との高温での腐食性を調査する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、超高温潜熱蓄熱蓄熱システムのための蓄熱材料の開発や、蓄熱材料の導入が有望な蓄熱発電や産業の電化など電気熱変換システムへのより効果的な導入方法を検討する。
今年度は特に、電気熱変換システムへの蓄熱材料の導入方法を検討した。電気熱変換システム、特に蓄熱発電システムは、電気熱変換（ヒーター）部、蓄熱部、熱交換器、タービンから主に構成される。しかし、本システムはモジュール間の複数回の伝熱を含み、伝熱に伴うエネルギー損失が課題となる。そこで、蓄熱とヒーターの両機能を有する新規デバイスの開発により、電気熱変換部や蓄熱部を統一したよりシンプルな高効率蓄熱発電システムを設計できる可能性がある。申請者はこれまでに、高温域で潜熱蓄熱材料として合金を利用するために、合金が溶融した際の高い腐食性を解決した、Zn-Al合金をコア、酸化物被膜をシェルとした潜熱蓄熱マイクロカプセルを開発した。これまでの検討で、マイクロカプセルの表面は半導体的な電気的性質を有するZnOであることが判明している。このマイクロカプセルを原料として、直径1cmかつ高さ2cmの蓄熱デバイスを開発した。蓄熱デバイスに通電したところ、内部に含まれるZn-Al合金の融点以上まで蓄熱デバイスの昇温が確認された。さらに蓄熱デバイスの冷却時に、合金の潜熱に由来する温度の停滞が確認された。以上より、潜熱蓄熱と電気熱変換を両立した新規蓄熱デバイスの作製に成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
蓄熱材料を導入する候補となる電気熱変換システムのための新規デバイスを提案できたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
超高温潜熱蓄熱材料の設計のために、適切なSi系合金の探索、熱的物性の調査、想定される構造材料との腐食性の調査を実施する。また、電気熱変換を含まないシステムへの超高温潜熱蓄熱材料の導入方法も併せて検討する必要がある。
また、今年度開発した電気熱変換と潜熱蓄熱を両立した新規デバイスの性能の向上も実施する。
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Report
(1 results)
Research Products
(4 results)
