水滴濡れ挙動制御を利用した液滴摩擦帯電型発電機の高効率化に関する研究
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22K04906
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 29010:Applied physical properties-related
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| Research Institution | Mie University |
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Principal Investigator |
青木 裕介 三重大学, 工学研究科, 准教授 (70378313)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
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| Keywords | 液滴摩擦帯電型発電機 / 摩擦帯電 / 液的挙動 / 等価回路 / エナジーハーベスタ / 液滴摩擦発電 / 濡れ制御 / 帯電材料 / 液滴摩擦帯電型発電素子 / 摩擦発電 |
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| Outline of Research at the Start |
帯電材料上に水滴が落下する際の接触・摩擦による帯電を利用する液滴摩擦帯電型発電素子DEGにおける帯電材料上での水滴の挙動と電流・電圧出力特性の関係を総合的に検証し，DEG発電メカニズムの解明を目指す．さらにDEG特性へ影響を与える素子構造因子を抽出して，高効率動作を実現できる素子構造パラメータを導出し，高効率DEGの実現を目指す．
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和5年度は液滴摩擦帯電型発電機（DEG）の動作条件の明確化を目指して，各種条件での水滴挙動とDEG特性の相関を検証するとともに，DEGの高効率動作をする各種条件での動作検証を行なった。動作検証においては各種条件がDEG動作に対する水滴挙動の影響を明確化するために， 各種条件の影響をDEGの等価回路パラメータ変化に表すことでDEG出力変化の原因を明確化した。等価回路パラメータ導出の手法の詳細，及び，本手法を用いて明らかになった内容の詳細は，以下のとおりである。
DEGの等価回路は，液滴抵抗R，水滴が接触している部分の帯電材料の静電容量C，負荷抵抗RLが直列接続されたRC直列回路となり、帯電によりCに蓄えられた（帯電電荷密度σによってその量が決まる）電荷が放電することにより出力が発生するとの等価回路モデルに基づき，液滴落下条件や水滴と電極間の相対位置などの各種条件の違いがこれらのパタメータにいかなる影響を与えるかを調べた。その結果，力学的エネルギーの違いがもたらす液的変形の影響，液滴落下位置に対する空間的な帯電電荷密度分布の変化の影響，帯電材料表面加工による撥水性変化などの影響について，等価回路パラメータの変化として明確化することができた。さらに 一滴の水滴からの取り出し電力向上を可能とする素子構造として，複数電極や水濡れ性を付与した電極を利用した新たなDEGを考案し，その動作検証を進めた。これら等価回路パラメータ変化として出力変化の影響因子が明確になったDEG動作検証データは，今後実用化に向けた新たなDEGデバイス構築の際の指針データとなり，DEGの実用化に向けた研究の基盤となる重要な成果と言える。
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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
当初計画の通り、水滴落下高さ，基板角度等の条件の違い、電極接触時の水滴挙動が、水滴の大きさの違いなどの条件の違いによる水滴挙動変化がDEG出力に与える影響の明確化を試み、DEGの等価回路パラメータの変化として表現することでDEGにおける各条件の影響を明確化できた。さらに、新規構造のDEGを提案しその動作検証を行なった。
これらの成果については、国際会議２件、国内学会で３件（そのうち１件は招待講演）での発表を行い、国際論文誌に１件投稿中の状況である。当該年度では、研究計画に対する成果が得られており、概ね当初の計画通り達成できた。これらの成果を基に、令和６年度は、高効率動作をするDEGの提案、及び、動作の実証とその構造の最適化を進める予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和６年度は当初の計画通り、動作条件の自由度が高く、かつ、高効率動作をするDEGの提案、及び、動作の実証とその構造の最適化を進める予定である。
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Report
(2 results)
Research Products
(13 results)
