| 研究課題/領域番号 |
21H01822
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分29030:応用物理一般関連
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| 研究機関 | 東京海洋大学 |
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研究代表者 |
柴田 恭幸 東京海洋大学, 学術研究院, 助教 (30758264)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,030千円 (直接経費: 13,100千円、間接経費: 3,930千円)
2023年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2022年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2021年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
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| キーワード | 三次電池 / エネルギーハーベスティング / プルシャンブルー類似体 / 相転移 / 放射光X線 / 紫外－可視吸収スペクトル / 赤外吸収スペクトル / 紫外-可視吸収スペクトル / イオン拡散イメージング |
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| 研究開始時の研究の概要 |
二次電池技術を転用した「三次電池」は、既存の熱電変換と異なり、環境の温度変化で蓄発電するデバイスである。この三次電池電極に、相転移を示す電極材料を用いることで、40K程度の温度変化でも、100ｍV超の巨大熱起電力が得られることがわかっている。しかし、この三次電池は昇温・降温過程の相転移に対し、理想通り電位が変化しない問題点があることも報告されている。
本申請では、X線構造解析や固体スペクトロスコピー法などを用いて微細構造の状態や電位と電子状態の相関を評価し、温度変化に伴う相転移と電位変化応答の不一致の原因を解明することを目指す。
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| 研究成果の概要 |
三次電池は環境の温度変化で蓄発電するデバイスであり、この電極に相転移を示す物質を用いると大きな電位変化が生じ高効率な三次電池が開発できる。その設計指針を決めるため、電極材料の相転移挙動を理解目指した。その結果、室温直上で電荷移動相転移を示すコバルト-マンガンプルシャンブルー類似体において、電荷移動相転移はNa濃度に対して、ほぼ全域で起こっていることが明らかとなった。また、三次電池のデバイス性能指標である熱起電力と放電容量に関する理論式を提案し、実験結果をそれらの式で再現可能であることを見出した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究では、身近な環境の温度変化で熱ー電気エネルギー変換が可能な三次電池の性能向上を目指すため、電極材料の物性評価を行った。また、三次電池の性能を最大限引き出すための方法を検討し、実験結果を理論的に表現することを可能とした。これらの成果は、今後の三次電池開発の指針を与えるもので、学術的意義が高いものと考える。また、これらの成果を受け、実際に三次電池の熱起電力の増大にも成功しており、未利用熱の社会還元への寄与という意味でも、社会的意義も大きいと考える。
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