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革新的レドックスフロー電池の創成に向けたマルチフィデリティ設計法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 18K13674
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分18030:設計工学関連
研究機関大阪大学

研究代表者

矢地 謙太郎  大阪大学, 工学研究科, 助教 (90779373)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2019年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2018年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
キーワード最適設計 / トポロジー最適化 / レドックスフロー電池 / マルチフィデリティ設計法 / 設計工学 / 流体力学 / 構造最適化 / 数値流体力学 / 電気化学反応
研究成果の概要

風力や太陽光といった自然エネルギーを貯蔵するための次世代の蓄電システムとして、レドックスフロー電池(RFB: Redox Flow Battery)が注目を集めている。これに伴い、RFBに関する研究が盛んに行われているものの、実用化には更なる充放電性能の向上が求められている。これに対し本研究では、巨視的かつ数理的な視点からのRFBの高性能化を目指し、電極構造や各種設計パラメータを対象とした最適設計に関する研究を実施した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、RFBの流動場の最適な形態をコンピュータを用いて自動的に創成することを可能とする。これは設計者の勘や経験に依存することなく数学的に求まるため、これまでにない革新的な流動場を見出す可能性を秘めている。また、得られた流動場は従来のモデルを凌駕する性能を有することが数値計算上明らかになったため、今後のRFBの社会実装に向けた一研究として意義のあるものと考えられる。

報告書

(3件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 6件)

  • [雑誌論文] Multifidelity design guided by topology optimization2020

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Yaji, Shintaro Yamasaki, Kikuo Fujita
    • 雑誌名

      Structural and Multidisciplinary Optimization

      巻: 61 号: 3 ページ: 1071-1085

    • DOI

      10.1007/s00158-019-02406-4

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] はじめてのトポロジー最適化2019

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Yaji
    • 雑誌名

      精密工学会誌

      巻: 85 号: 11 ページ: 965-968

    • DOI

      10.2493/jjspe.85.965

    • NAID

      130007741769

    • ISSN
      0912-0289, 1882-675X
    • 年月日
      2019-11-05
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Freeform winglet design of fin-and-tube heat exchangers guided by topology optimization2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Kobayashi, Kentaro Yaji, Shintaro Yamasaki, Kikuo Fujita
    • 雑誌名

      Applied Thermal Engineering

      巻: 161 ページ: 114020-114020

    • DOI

      10.1016/j.applthermaleng.2019.114020

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Computational design of flow fields for vanadium redox flow batteries via topology optimization2019

    • 著者名/発表者名
      Chih-Hsiang Chen, Kentaro Yaji, Shintaro Yamasaki, Shohji Tsushima, Kikuo Fujita
    • 雑誌名

      Journal of Energy Storage

      巻: 26 ページ: 100990-100990

    • DOI

      10.1016/j.est.2019.100990

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] A Framework of Multi-Fidelity Topology Design and its Application to Optimum Design of Flow Fields in Battery Systems2019

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Yaji, Shintaro Yamasaki, Shohji Tsushima, Kikuo Fujita
    • 学会等名
      ASME Design Engineering Technical Conference
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A framework of multi-fidelity design guided by topology optimization: application to flow field designs for redox flow batteries2019

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Yaji, Shintaro Yamasaki, Shohji Tsushima, Kikuo Fujita
    • 学会等名
      Asia Pacific Congress on Computational Mechanics 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Topology optimization of two fluids separated by a wall for heat exchanger design2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Kobayashi, Kentaro Yaji, Shintaro Yamasaki, Kikuo Fujita
    • 学会等名
      Asia Pacific Congress on Computational Mechanics 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Freeform design of flow channels in redox flow batteries by topology optimization2019

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Yaji, Chih-Hsiang Chen, Shintaro Yamasaki, Shohji Tsushima, Kikuo Fujita
    • 学会等名
      8th International Conference on Computational Methods for Coupled Problems in Science and Engineering,
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 流動場設計を目的としたマルチフィデリティトポロジー最適化法2019

    • 著者名/発表者名
      矢地謙太郎, 山﨑慎太郎, 藤田喜久雄
    • 学会等名
      第24回計算工学講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Topology design via physics-based surrogate optimization for complex fluid problems2018

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Yaji, Shintaro Yamasaki, Kikuo Fujita
    • 学会等名
      6th European Conference on Computational Mechanics, 7th European Conference on Computational Fluid Dynamics
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Topology design via physics-based surrogate optimization for turbulent heat transfer problem2018

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Yaji, Shintaro Yamasaki, Kikuo Fujita
    • 学会等名
      Asian Congress of Structural and Multidisciplinary Optimization
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2021-02-19  

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