Exploration of last-mile cooling device using PCET reaction
Publicly Offered Research
| Project Area | HYDROGENOMICS: Creation of Innovative Materials, Devices, and Reaction Processes using Higher-Order Hydrogen Functions |
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| Project/Area Number |
21H00017
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Science and Engineering
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
山田 鉄兵 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (10404071)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
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| Keywords | 電気化学ペルチェ効果 / 熱電変換 / 熱化学電池 / PCET / 電気化学ペルチェ素子 / バナジウム / プロトン共役電子移動 |
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| Outline of Research at the Start |
本申請では大きなプロトンの溶媒和エントロピーを熱化学電池の逆反応である電気化学ペルチェ効果に用い、全く新しい電子冷却素子の構築を目指す。電気化学ペルチェ効果とは、酸化還元活性種の溶液に電流印加することで反応エントロピーによる発熱・吸熱を生じる現象である。この電気化学ペルチェ素子にPCET反応性の化学種を用いることで、酸化還元に伴うエントロピー変化を増大し、十分に実用可能な冷却効果を実現する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年空調のための電力使用とCO2排出は増加の一途をたどっており、その一つの解決手段として、人間の近くのみを冷却する局所冷却デバイスが求められている。本申請ではPCET型の熱化学電池の電解液を用いた電気化学ペルチェ効果の実証を目指している。
本年度は様々な熱化学電池のシステムに対して電気化学ペルチェ効果の測定を行った。これまでの電気化学ペルチェデバイスを改良し、印加した電流と得られる最大温度差が比例することを示した。またゼーベック係数が+0.35mV/Kのヨウ素系と、-1.42mV/Kの[Fe(CN)6]系とを用いると、温度差の符号が逆転し、最大冷却温度もほぼゼーベック係数に比例することが示された。第三に、冷却のメカニズムを、電気化学ペルチェ効果、ジュール熱および熱拡散によるとしてシミュレーションし、実測データとの良い一致を見ることに成功した。その結果、セル厚が大きいほど最大温度差が大きくなり、[Fe(CN)6]系では約3cm程の厚さで最大温度差が飽和することも明らかになった。
このように電気化学ペルチェデバイスの作成と効果の定量的な測定ができるようになった上で、プロトン共役電子移動反応を示すバナジウムアクア錯体を用いた測定を行った。その結果、これまでのベンチマークとなっている[Fe(CN)6]系よりも大きな最大温度差が得られることがわかった。これは、外部引加電流によりバナジウム錯体が酸化還元を受け、それに伴って行われるプロトンの授受が潜熱として冷却に寄与したためと考えられる。
以上より、電気化学ペルチェデバイスの実証と、PCETを用いることで最大の冷却効果が生じることの実証に成功した。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(17 results)
