| 研究課題/領域番号 |
22K18876
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分26:材料工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
菊地 竜也 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (60374584)
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| 研究期間 (年度) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2023年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2022年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
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| キーワード | 水滴発電機 / 表面処理 / 電気化学 / 金属材料 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究においては、社会にありふれた金属材料であるアルミニウムを用いた水滴発電機の試作に挑戦します。アルミニウム材料の表面に電荷を蓄積する帯電層を形成したのち、この表面に水滴を滴下すると、帯電による電流の流れが生じます。アルミニウム製帯電構造の最適化によって大きな電圧や電流を得て、高効率水滴発電デバイスとして応用することを目指します。
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| 研究実績の概要 |
本年度の研究においては、アルミニウムをベースとして、帯電層と２つの電極からなる三層構造を試作し、この構造体に水滴を滴下した際に生じる接触帯電の電荷移動による発電デバイス「水滴発電機」を開発することを目的とした。ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）表面にアルミニウム電極をマグネトロンスパッタリングおよび物理的に貼り付けた三層構造を試作した。この構造体を傾斜台に設置したのち、上部から水滴を滴下すると、水がPTFE表面を濡れ広がったのち、ただちに凝集して滑落した。この際、水とPTFEとの接触により、それぞれの表面が帯電して電荷の偏りが生じ、この電荷の偏りを２つのアルミニウム電極間で補足することにより、瞬間的な電圧および電流を得ることができた。水滴発電における、水滴滴下角度、滴下高さおよび滴下速度を種々制御すると、100 Vを超える高電圧発電を達成できた。一方、水滴がPTFE表面に濡れ広がらない条件や、強い衝撃によって水滴が砕け散ってしまう場合、水滴滴下速度が速く連続的な水の流れとなる環境では発電はほとんど生じなかった。水滴発電機を発光ダイオード（LED）に接続して水滴を滴下すると、LEDを連続的に発光できることを確認した。さらに、LEDを直列に15個繋げたり、２段階の水滴発電機を設置することによっても、それぞれLEDが連続発光できることを確認した。これらの研究成果により、水滴を用いた高出力水滴発電機を簡単に作製できる知見を得た。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
水滴発電デバイスを作製するための基礎研究が計画どおり順調に進んでいるため。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度の研究により、アルミニウムとPTFEを用いた三層構造をもつ水滴発電機を試作することができた。今後は、本年度の研究成果を元に、アルミニウムと撥水性陽極酸化皮膜や高帯電層を融合したより発展的な水滴発電機の試作を行い、高い電力密度をもつ革新的水滴発電機の創製に挑みたい。
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