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新しい固体冷凍技術「電池冷凍」の開発

研究課題

研究課題/領域番号 17K17793
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 応用物性
構造・機能材料
研究機関名古屋大学

研究代表者

片山 尚幸  名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (50623758)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2017年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
キーワード量体化 / エントロピー / 冷凍 / 層状三角格子系 / 三量体 / 電池反応 / 冷凍材料 / 三角格子 / 外場制御 / 固体冷凍 / リチウムイオン電池 / 電界制御 / 複合自由度 / 一次相転移
研究成果の概要

層状LixVS2系はLi量に応じて低温で多彩な電子相が現れる。これらの電子相への相転移は"量体化"と呼ばれる分子クラスターの形成を伴っており、構造相転移と同時に巨大な熱量変化を引き起こす。本研究では、このLixVS2系材料をLiイオン電池の正極材として用い、相転移線を"横に切る"ことによって電池反応を用いて巨大な熱量変化を得ることを目指した。また、LixVS2系で現れる多彩な電子相を量体化物理と巨大熱量変化材料開発という観点から物質・物性探索を行った。冷凍材料として利用可能な巨大な熱量変化を観測するには至らなかったが、巨大な熱量変化を生み出す電子相を開発し、材料について特許を取得した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で得られたLi0.33VS2における巨大エントロピー変化は、金属において生じるという特徴があり、これは従来の巨大エントロピー変化材料には見られない特徴である。金属は一般に高熱伝導度を持つことから、高熱伝導性潜熱蓄熱材料など、新しい機能性材料を実現するための道が拓かれた。また、最終年度の研究により、本研究で題材とした量体化系は高温相において既に量体化の短距離秩序を生じていることが明らかになった。このことは、高温相で秩序が既に発達していることを示しており、従来のエントロピー変化メカニズムに大きな変更を加える必要がある。このように、学術的にも社会的にも大きな意義が得られた。

報告書

(4件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (35件)

すべて 2020 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 1件、 査読あり 7件) 学会発表 (26件) (うち国際学会 2件、 招待講演 3件) 産業財産権 (2件)

  • [雑誌論文] Intercalated Cu+ ion dynamics in the two-dimensional layered compound Cu0.33TiSe22020

    • 著者名/発表者名
      Kitou Shunsuke、Hasegawa Takumi、Nakano Akitoshi、Katayama Naoyuki、Tsutsui Satoshi、Sawa Hiroshi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 101 号: 9 ページ: 094108-094108

    • DOI

      10.1103/physrevb.101.094108

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Vanadium trimers randomly aligned along the c-axis direction in layered LiVO22019

    • 著者名/発表者名
      Kojima K.、Katayama N.、Tamura S.、Shiomi M.、Sawa H.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 100 号: 23 ページ: 235120-235120

    • DOI

      10.1103/physrevb.100.235120

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of Cu intercalation and pressure on excitonic interaction in 1T-TiSe22019

    • 著者名/発表者名
      Kitou S.、Nakano A.、Kobayashi S.、Sugawara K.、Katayama N.、Maejima N.、Machida A.、Watanuki T.、Ichimura K.、Tanda S.、Nakamura T.、Sawa H.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 99 号: 10 ページ: 104109-104109

    • DOI

      10.1103/physrevb.99.104109

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Linear Trimer Formation with Antiferromagnetic Ordering in 1T-CrSe2 Originating from Peierls-like Instabilities and Interlayer Se-Se Interactions2019

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Shintaro、Katayama Naoyuki、Manjo Taishun、Ueda Hiroaki、Michioka Chishiro、Sugiyama Jun、Sassa Yasmine、Forslund Ola Kenji、Mansson Martin、Yoshimura Kazuyoshi、Sawa Hiroshi
    • 雑誌名

      Inorganic Chemistry

      巻: 印刷中 号: 21 ページ: 14304-14315

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.9b00186

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Honeycomb lattice type charge density wave associated with interlayer Cu ions ordering in 1T-CuxTiSe22019

    • 著者名/発表者名
      Kitou Shunsuke、Kobayashi Shintaro、Kaneko Tatsuya、Katayama Naoyuki、Yunoki Seiji、Nakamura Toshikazu、Sawa Hiroshi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 99 号: 8 ページ: 081111-081111

    • DOI

      10.1103/physrevb.99.081111

    • NAID

      120006643273

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Large entropy change derived from orbitally assisted three-centered two-electron σ bond formation in metallic Li0.33VS22018

    • 著者名/発表者名
      Katayama N., Tamura S., Yamaguchi T., Sugimoto K., Iida K., Matsukawa T., Hoshikawa A., Ishigaki T., Kobayashi S., Ohta Y., Sawa H.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 98 号: 8

    • DOI

      10.1103/physrevb.98.081104

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Microstructural effects on negative thermal expansion extending over a wide temperature range in β-Cu1.8Zn0.2V2O72018

    • 著者名/発表者名
      Katayama N.、Otsuka K.、Mitamura M.、Yokoyama Y.、Okamoto Y.、Takenaka K.
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 113 号: 18 ページ: 181902-181902

    • DOI

      10.1063/1.5055304

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 幾何学的フラストレート磁性体NaVS2-xSexの低温相転移2020

    • 著者名/発表者名
      前田秦, 片山尚幸, S. -H. Lee, 澤博
    • 学会等名
      日本物理学会 第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 層状LiVS2の高温常磁性相で現れるジグザグ鎖分子の液体状態2019

    • 著者名/発表者名
      小島慶太、片山尚幸、田村慎也、服部颯介、齋藤晃、澤博
    • 学会等名
      第64回 物性若手夏の学校
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Liquid Dynamics of Orbital Molecules in High Temperature Paramagnetic Phase of Layered LiVS22019

    • 著者名/発表者名
      K. Kojima, N. Katayama , S. Tamura, S. Hattori, K. Saitoh, H. Sawa
    • 学会等名
      International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] LiVS2のS-Se置換による短距離秩序構造の変化2019

    • 著者名/発表者名
      小島慶太、山口伴紀、塩見学、片山尚幸、太田幸則、澤博
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 数百μm級LiVS2単結晶を用いた放射光X線構造研究2019

    • 著者名/発表者名
      小島慶太、片山尚幸、鬼頭俊介、竹田晋吾、田渕雅夫、澤博
    • 学会等名
      日本物理学会 第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 層状LiVS2高温常磁性相で現れるジグザグ鎖分子の液体状態2019

    • 著者名/発表者名
      小島慶太、片山尚幸、田村慎也、服部颯介、齋藤晃、澤博
    • 学会等名
      第4回固体化学フォーラム研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 層状LiVO2における"Goodenoughの三量体"の同定2019

    • 著者名/発表者名
      小島慶太、片山尚幸、田村慎也、澤博
    • 学会等名
      第64回 物性若手夏の学校
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 複合自由度を活用した固体冷凍材料の開拓2019

    • 著者名/発表者名
      片山尚幸
    • 学会等名
      熱電気エネルギー技術財団 講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 幾何学的フラストレート磁性体NaVX2(X=S,Se)の構造物性研究2019

    • 著者名/発表者名
      前田 秦、小島 慶太、片山 尚幸、澤 博
    • 学会等名
      第8回名古屋大学シンクロトロン光研究センターシンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 層状LiVO2におけるバナジウム三量体構造の解明2019

    • 著者名/発表者名
      小島 慶太、片山 尚幸、田村 慎也、澤 博
    • 学会等名
      第8回名古屋大学シンクロトロン光研究センターシンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] LiVS2の高温常磁性相で現れるValence Bond Liquid状態の観測2019

    • 著者名/発表者名
      片山 尚幸, 小島 慶太, 服部 颯介, 齋藤 晃, 澤 博
    • 学会等名
      第8回名古屋大学シンクロトロン光研究センターシンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 幾何学的フラストレート磁性体NaVX2(X=S,Se)の構造物性研究2019

    • 著者名/発表者名
      前田 秦、小島 慶太、片山 尚幸、澤 博
    • 学会等名
      日本物理学会 第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 層状LiVO2におけるバナジウム三量体構造の解明2019

    • 著者名/発表者名
      小島 慶太、片山 尚幸、田村 慎也、澤 博
    • 学会等名
      日本物理学会 第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] LiVS2の高温常磁性相で現れるValence Bond Liquid状態の観測2019

    • 著者名/発表者名
      片山尚幸, 小島慶太, 服部颯介, 齋藤晃, 澤博
    • 学会等名
      日本物理学会 第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Mo二量体を持つルチル型LixMoO2で現れる磁気励起と異常な磁化率温度依存性2018

    • 著者名/発表者名
      片山尚幸, 山田悠人, 飯田一樹, 蒲澤和也, 澤博
    • 学会等名
      日本物理学会 2018秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 層状Li0.33VS2における3中心2電子σ結合形成に伴って現れる巨大なエントロピー変化2018

    • 著者名/発表者名
      片山尚幸
    • 学会等名
      第28回 日本MRS年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 層状バナジウムカルコゲナイドにおけるValence Bond Liquid状態の観測2018

    • 著者名/発表者名
      片山尚幸
    • 学会等名
      物性研究所 短期研究会 「量子多体効果が生み出す液晶的電子状態」
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 放射光X線を用いた二次元三角格子系LiVS2におけるV三量体構造の観測2018

    • 著者名/発表者名
      田村慎也, 山本暖, 片山尚幸, 澤博
    • 学会等名
      日本物理学会2018春季大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 層状Li0.33VS2における巨大なエントロピー変化を伴う構造相転移2018

    • 著者名/発表者名
      片山尚幸, 田村慎也, 山口伴紀, 杉本高大, 太田幸則, 澤博
    • 学会等名
      日本物理学会2018春季大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 放射光X線を用いた二次元三角格子系LiVS2におけるV三量体構造の観測2018

    • 著者名/発表者名
      田村慎也, 山本暖, 片山尚幸, 澤博
    • 学会等名
      名古屋大学 SR センターシンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 層状Li0.33VS2の構造相転移と分子軌道形成2018

    • 著者名/発表者名
      片山尚幸, 田村慎也, 山田悠人, 澤博
    • 学会等名
      名古屋大学 SR センターシンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 層状LiVX2(X:O,S)における放射光粉末X線構造解析2018

    • 著者名/発表者名
      山本暖、田村慎也、片山尚幸
    • 学会等名
      名古屋大学 SR センターシンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Mo二量体を持つルチル型LixMoO2で現れる多彩な電子相の解明2018

    • 著者名/発表者名
      山田悠人 、片山尚幸、澤博
    • 学会等名
      名古屋大学 SR センターシンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Various V trimer formation in LixVS2 with a triangular lattice2017

    • 著者名/発表者名
      Tamura S, Katayama, N, Sawa, H
    • 学会等名
      New Trends in Solid State Chemistry: from Oxides to Mixed Anion Compounds
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Enhanced Mo-Mo bonds in Li intercalated MoO22017

    • 著者名/発表者名
      Yamada, Y, Katayama, N Sawa, H
    • 学会等名
      New Trends in Solid State Chemistry: from Oxides to Mixed Anion Compounds
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 新構造112型鉄砒化物の開拓2017

    • 著者名/発表者名
      片山尚幸
    • 学会等名
      豊田理化学研究所・特定課題研究「負熱膨張材料の新展開」
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [産業財産権] 潜熱蓄熱材料2018

    • 発明者名
      片山尚幸、田村慎也、澤博
    • 権利者名
      片山尚幸、田村慎也、澤博
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [産業財産権] 高伝導性潜熱蓄熱材料2018

    • 発明者名
      片山尚幸
    • 権利者名
      片山尚幸
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2018
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2021-02-19  

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