2018 Fiscal Year Annual Research Report
Energy harvesting by electro-chemical reaction in reinforced concrete for sensor network system
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17K18875
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
北川 章夫 金沢大学, 電子情報通信学系, 教授 (10214785)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2019-03-31
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| Keywords | 環境エネルギー / センサーネットワーク / 鉄筋コンクリート / 環境モニタリング / 社会インフラモニタリング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
鉄筋コンクリート内の鉄筋の腐食に伴って発生する電気エネルギーをキャパシタに蓄積し、センサおよび無線ネットワークデバイスの電源として利用できるようにすることを目標として以下に示す研究を実施した。以下、この電源を、鉄筋コンクリート電池と称する。
最初に、鉄筋コンクリートの発電特性の評価を実施した。鉄筋コンクリートが電力を発生するメカニズムには、鉄筋とコンクリート内の主にOHイオンと塩素イオンが関係していることが既に知られている。このため、塩素イオン含有量、温度、水分量、電極金属の主流を変えて、発電特性を調べた。最適な条件下では、数10uW程度の電力発生が見込めることが分かった。ただし、鉄筋コンクリートの開放電圧は0.1Vから0.2V程度と非常に低いため、市販の電源回路は使用できない。また、温度に対して発生電力量が大きく変化するため、発電力の季節変動に対する考慮が必要であることも解った。
次に、安定化電源回路の開発を実施し、低電圧発振器とDC-DCコンバータを組み合わせて、3.3Vの安定化直流電圧の生成に成功した。10mJ (2.8マイクロWh)のエネルギーを蓄積するために、10分程度必要であることが分かった。この蓄積電力を用いて、1秒程度青色LEDを発光させることができた。ZigBee, Bluetoothなどの近距離無線通信モジュールを搭載した無線センサノードに電力を供給する場合、数バイト1回のデータ送信には、500マイクロJ～1mJ程度のエネルギーが必要であるため、1分～2分に1回のデータ送信であれば使用できる。本研究により、山林、農地、海岸、道路などの環境やインフラの状態モニタリングを行う無線センサネットワークの電源として、鉄筋コンクリート電池が有効であることが示された。
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