Development of high performance electrodes for high temperature thermally regenerative electrochemical heat pumps

• Project/Area Number: 21560884
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Energy engineering
• Research Institution: Shibaura Institute of Technology
• Principal Investigator: TANAKA Kotaro 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (60278215)
• Project Period (FY): 2009 – 2012
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2012: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000); Fiscal Year 2011: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2010: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2009: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: エネルギー節約 / 効率利用 / ケミカルヒートポンプ / ヒートポンプ / 化学ヒートポンプ / 高温ヒートポンプ / アルカリ金属熱電変換 / 化学蓄熱 / 濃度差電池 / 高温熱エネルギー / 固体電解質 / 高周波インピーダンス測定 / 多孔質電極 / 電気化学ヒートポンプ / 多孔質薄膜電極

Research Abstract

A new type high-temperature heat pump system using thermally regenerative electrochemical cells is proposed in this study. The system covers high temperature range from 600 Kto 900 K. The thermodynamic cycle of the proposed heat pump system is same as the inverse thermodynamic cycle of the alkali metal thermal to electrical converter (AMTEC). The selected working fluid is sodium and the electrolyte material is beta”-alumina solid electrolyte ceramics. The performance of the heat pump based on the experimental electrode performance in this study has been estimated.The typical calculated the coefficient of performance (COP) is 3-4.5 for ΔT = 100 K.

Research Products

• [Journal Article] Conceptual design of solar thermal receiver using alkali metal thermal to electric converter (2010)
  • Author(s): Kotaro Tanaka
  • Journal Title: Current Applied Physics Volume: 10巻 Pages: 254-256
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 熱再生型電気化学電池による高温ヒートポンプの基本特性 (2009)
  • Author(s): 田中耕太郎,藤井孝博
  • Journal Title: 太陽エネルギー Volume: 35巻 Pages: 39-44
  • NAID: 10024922605
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 熱再生型電気化学電池による高温ヒートポンプの基本特性 (2009)
  • Author(s): 田中耕太郎, 藤井孝博
  • Journal Title: 太陽エネルギー Vol.35 Pages: 39-44
  • NAID: 10024922605
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Low-Gravity Experiments of Lightweight Flexible Heat Pipe Panels with Self-Rewetting Fluids (2009)
  • Author(s): Kotaro Tanaka, Yoshiyuki Abe, Masayuki Nakagawa, Chiara Piccolo, Raffaele Savino
  • Journal Title: Annals of the New York Academy of Sciences Vol.1161 Pages: 554-551
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 硫化ナトリウム水和反応を用いる化学蓄熱用コンポジット材料の開発 (2013)
  • Author(s): 関根佑介，増島清孝，小山雄也，野口太郎，田中耕太郎
  • Organizer: 化学工学会
  • Place of Presentation: 山形大学
• [Presentation] Na2S水和物を用いた化学蓄熱の反応向上方法 (2013)
  • Author(s): 増島清孝，田中耕太郎，野口太郎，小山雄也，関根佑介
  • Organizer: 日本機械学会
  • Place of Presentation: 首都大学東京
• [Presentation] Na2S水和反応を利用する化学蓄熱複合材料の開発 (2013)
  • Author(s): 田中耕太郎，野口太郎，小山雄也，増島清孝，関根祐介
  • Organizer: 化学工学会
  • Place of Presentation: 大阪大学
• [Presentation] アルカリ金属熱電変換(AMTEC)を用いた太陽熱発電の概念設計 (2012)
  • Author(s): 田中耕太郎,石亀智大,藤井孝博
  • Organizer: 宇宙科学技術連合講演会
  • Place of Presentation: 別府国際コンベンションセンター
  • Year and Date: 2012-11-22
• [Presentation] アルカリ金属熱電変換の逆サイクルのための電極性能向上方法の検討 (2012)
  • Author(s): 石亀智大,田中耕太郎,藤井孝博
  • Organizer: 日本熱電学会学術講演会
  • Place of Presentation: 東京工業大学
  • Year and Date: 2012-08-27
• [Presentation] アルカリ金属熱電変換の逆サイクルのための電極性能向上方法の検討 (2012)
  • Author(s): 石亀智大，田中耕太郎，藤井孝博
  • Organizer: 日本熱電学会
  • Place of Presentation: 東京工業大学
• [Presentation] グラフトポリマーとシランカップリング試薬による金属伝熱面の親水化 (2012)
  • Author(s): 佐藤佑，古村直人，佐藤正秀，古澤毅，鈴木昇，田中耕太郎，小野直樹，阿部宜之，麓耕二，斎藤雅規，夏井坂誠
  • Organizer: 化学工学会
  • Place of Presentation: 東北大学
• [Presentation] Na2S水和反応利用ケミカル蓄熱の複合材料の開発 (2012)
  • Author(s): 田中耕太郎，小山雄也，野口太郎，増島清孝，関根祐介
  • Organizer: 化学工学会
  • Place of Presentation: 東北大学
• [Presentation] 太陽エネルギー利用のための電気化学ヒートポンプの吸・発熱部性能 (2012)
  • Author(s): 勝亦栄策，志村春樹，杉原俊光，和田梓，田中耕太郎
  • Organizer: 日本太陽エネルギー学会
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場
• [Presentation] Na2S水和反応を利用する化学蓄熱反応器の特性評価 (2012)
  • Author(s): 小山雄也，野口太郎，増島清孝，関根祐介，田中耕太郎
  • Organizer: 日本太陽エネルギー学会
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場
• [Presentation] アルカリ金属熱電変換(AMTEC)を用いた太陽熱発電の概念設計 (2012)
  • Author(s): 田中耕太郎，石亀智大，藤井孝博
  • Organizer: 宇宙科学技術連合
  • Place of Presentation: 別府国際コンベンションセンター
• [Presentation] アルカリ金属熱電変換(AMTEC)のカソード側電極の抵抗低減の検討 (2011)
  • Author(s): 田中耕太郎,藤井孝博,島田透,石亀智大, 島村祐貴
  • Organizer: 電気化学秋季大会
  • Place of Presentation: 新潟朱鷺メッセ
  • Year and Date: 2011-09-11
• [Presentation] アルカリ金属熱電変換(AMTEC)のカソード側電極の抵抗低減の検討 (2011)
  • Author(s): 田中耕太郎, 藤井孝博, 島田透, 石亀智大, 島村祐貴
  • Organizer: 2011年電気化学秋季大会
  • Place of Presentation: 新潟朱鷺メッセ
  • Year and Date: 2011-09-11
• [Presentation] アルカリ金属熱電変換のカソード側電極部の抵抗解析 (2011)
  • Author(s): 田中耕太郎,藤井孝博,島田透,百木雄祐
  • Organizer: 電気化学会第78回大会
  • Place of Presentation: 横浜国立大学
  • Year and Date: 2011-03-29
• [Presentation] エレクトロウェッティングを利用したマイクロポンプの開発 (2011)
  • Author(s): 冨谷侑加, 本間勝治, 田中耕太郎
  • Organizer: 日本機械学会関東学生会第50回学生卒業研究発表会
  • Place of Presentation: 東京工業大学
  • Year and Date: 2011-03-18
• [Presentation] 固体電解質膜を用いる電気化学ヒートポンプの性能評価 (2011)
  • Author(s): 藤倉拓史, 鈴木秀一, 田中耕太郎
  • Organizer: 日本機械学会関東学生会第50回学生卒業研究発表会
  • Place of Presentation: 東京工業大学
  • Year and Date: 2011-03-18
• [Presentation] エレクトロウェッティングによる液滴操作を利用した微小ポンプの開発 (2011)
  • Author(s): 本間勝治, 冨谷侑加, 田中耕太郎
  • Organizer: 日本機械学会49期総会
  • Place of Presentation: 岡山大学
  • Year and Date: 2011-03-05
• [Presentation] 固体電解膜式化学ヒートポンプの吸熱反応部の性能低下と改善方法の検討 (2011)
  • Author(s): 鈴木秀一, 藤倉拓史, 田中耕太郎
  • Organizer: 日本機械学会49期総会
  • Place of Presentation: 岡山大学
  • Year and Date: 2011-03-05
• [Presentation] 固体電解質を用いる中・高温電気化学ヒートポンプの性能限界 (2010)
  • Author(s): 田中耕太郎
  • Organizer: 化学工学会第42回秋季大会
  • Place of Presentation: 同志社大学
  • Year and Date: 2010-09-06
• [Presentation] 電気化学ヒートポンプの吸熱反応電極部における反応阻害の影響 (2010)
  • Author(s): 鈴木秀一, 崔元気, 藤倉拓史, 田中耕太郎
  • Organizer: 化学工学会2010宇都宮大会
  • Place of Presentation: 宇都宮大学
  • Year and Date: 2010-08-19
• [Presentation] DEVELOPMENT OF 2-PROPANOL/ACETONEDEHYDROGENATION REACTOR FOR SOLAR ASIISTED ELECTROCHEMICAL HEAT PUMP (2010)
  • Author(s): T. Shimada, S. Suzuki, K. Nakayama, K. Tanaka, and T. Fujii
  • Organizer: 3rd Renewable Energy International Conference
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2010-06-30
• [Presentation] DEVELOPMENT OF 2-PROPANOL/ACETONE DEHYDROGENATION REACTOR FOR SOLAR ASIISTED ELECTROCHEMICAL HEAT PUMP (2010)
  • Author(s): T.Shimada1 S.Suzuki1, K.Nakayama1, K.Tanaka, T.Fujii
  • Organizer: 化学工学会2010宇都宮大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2010-06-30
• [Presentation] ケミカルヒートボンプ・蓄熱技術による熱利用・制御技術の高度化 (2010)
  • Author(s): 田中耕太郎
  • Organizer: CRC講演会
  • Place of Presentation: TIME24ビル(東京)
  • Year and Date: 2010-04-22
• [Presentation] AMTEC電極の性能特性パラメータ評価 (2010)
  • Author(s): 田中耕太郎, 藤井孝博, 塙敏彦, 木村卓哉, 小熊晃
  • Organizer: 電気化学会第77回大会講演会
  • Place of Presentation: 富山大学(富山県)
  • Year and Date: 2010-03-31
• [Presentation] 電気化学ヒートポンプ低温側吸熱反応部の性能解析 (2010)
  • Author(s): 田中耕太郎, 中山和博, 島田透, 鈴木秀一
  • Organizer: 化学工学会第75年会研究発表会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学(鹿児島県)
  • Year and Date: 2010-03-18
• [Presentation] エレクトロウェッティングによる液滴制御 (2010)
  • Author(s): 本間勝治, 田中耕太郎
  • Organizer: 第49回学生員卒業研究発表講演会
  • Place of Presentation: 明治大学(東京都)
  • Year and Date: 2010-03-10
• [Presentation] 固体電解質膜を用いる電気化学ヒートポンプの脱水素吸熱反応器の研究 (2010)
  • Author(s): 鈴木秀一, 田中耕太郎, 中山和博, 島田透
  • Organizer: 第49回学生員卒業研究発表講演会
  • Place of Presentation: 明治大学(東京都)
  • Year and Date: 2010-03-10
• [Presentation] 電気化学ヒートポンプの脱水素触媒Pt-Ru電極の性能測定 (2010)
  • Author(s): 島田透, 鈴木秀一, 中山和博, 田中耕太郎
  • Organizer: 第12回化学工学学生発表会
  • Place of Presentation: 芝浦工業大学(東京都)
  • Year and Date: 2010-03-06
• [Presentation] AMTECヒートポンプの低圧側電極の交流インピーダンス測定 (2010)
  • Author(s): 木村卓哉, 小熊晃, 塙敏彦, 藤井孝博, 田中耕太郎
  • Organizer: 第12回化学工学学生発表会
  • Place of Presentation: 芝浦工業大学(東京都)
  • Year and Date: 2010-03-06
• [Presentation] 環境熱エネルギー利用技術の現状と将来-電気化学ヒートポンプによる熱移動素子の開発- (2009)
  • Author(s): 田中耕太郎
  • Organizer: 日本エネルギー学会省エネルギーセンター第2回省エネルギー政策・技術セミナー
  • Place of Presentation: 東京ガス本社(東京都)
  • Year and Date: 2009-11-19
• [Presentation] 太陽熱利用電気化学ヒートポンプにおける吸熱反応部の電極特性 (2009)
  • Author(s): 中山和博, 田中耕太郎, 島田透, 鈴木秀一
  • Organizer: 平成21年度太陽/風力エネルギー学会合同研究発表会
  • Place of Presentation: 長崎ブリックホール(長崎県)
  • Year and Date: 2009-11-05
• [Presentation] 固体電解質を用いる電気化学ヒートポンプの電極厚さの影響 (2009)
  • Author(s): 田中耕太郎,藤井孝博
  • Organizer: 化学工学会第41回秋季大会研究発表会
  • Place of Presentation: 広島大学
  • Year and Date: 2009-09-17
• [Presentation] 固体電解質を用いる電気化学ヒートポンプの電極厚さの影響 (2009)
  • Author(s): 田中耕太郎, 藤井孝博
  • Organizer: 化学工学会第41回秋季大会研究発表会
  • Place of Presentation: 広島大学(広島県)
  • Year and Date: 2009-09-17
• [Presentation] アルカリ金属熱電変換の逆サイクルによる高温ヒートポンプの性能 (2009)
  • Author(s): 田中耕太郎,藤井孝博
  • Organizer: 日本熱電学会
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 2009-08-11
• [Presentation] アルカリ金属熱電変換の逆サイクルによる高温ヒートポンプの性能 (2009)
  • Author(s): 田中耕太郎, 藤井孝博
  • Organizer: 第6回日本熱電学会
  • Place of Presentation: 東北大学(宮城県)
  • Year and Date: 2009-08-11
• [Presentation] ヒートポンプ技術による熱再生技術の新展開 (2009)
  • Author(s): 田中耕太郎
  • Organizer: 第23回環境工学連合講演会
  • Place of Presentation: 日本学術会議(東京)
  • Year and Date: 2009-04-17
• [Presentation] ヒートポンプ技術による熱再生技術の新展開 (2009)
  • Author(s): 田中耕太郎
  • Organizer: 第23回環境工学連合講演会
  • Place of Presentation: 日本学術会議(東京都)
  • Year and Date: 2009-04-17
• [Book] 熱電変換技術の基礎と応用 (2章3 アルカリ金属熱電変換の基礎を分筆) (2011)
  • Author(s): 舟橋良次ら編集,田中耕太郎ら(著者他42人)
  • Total Pages: 251
  • Publisher: シーエムシー出版
• [Book] 熱電変換技術の基礎と応用(2章3アルカリ金属熱電変換の基礎を分筆) (2011)
  • Author(s): 舟橋良次, ら編集),田中耕太郎, ら(著者他42人)
  • Total Pages: 251
  • Publisher: シーエムシー出版