| 研究課題/領域番号 |
22KJ0413
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| 補助金の研究課題番号 |
22J11837 (2022)
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 基金 (2023)
補助金 (2022) |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分29010:応用物性関連
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
井上 大 筑波大学, 理工情報生命学術院, 特別研究員(DC2)
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| 研究期間 (年度) |
2023-03-08 – 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 |
2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
2023年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2022年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
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| キーワード | エネルギーハーベスト / 液体熱電変換 / 電気化学測定 / XAFS測定 / 紫外可視吸収分光測定 / 量子化学計算 / エネルギーハーベスティング / X線吸収分光測定 / 酸化還元電位 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
液体熱電変換は、環境中の微小な温度差から起電力を生み出すエネルギーハーベスト素子である。本研究の目的はFe2+/Fe3+を酸化還元対とした[1]有機溶媒混合溶液の酸化還元電位Vと電気化学ゼーベック係数αの微視的理解、および[2]高い変換効率を示す溶媒系の創出である。そのために[1]X線吸収分光測定、PDF解析を行い、Feイオン周りの局所構造解析を行う。さらに[2]様々な電極で性能パラメータ(α、電気伝導度σ、熱伝導度κ)を評価し電極材料の最適化を行う。そして最適化した電極を用いて、性能パラメータの混合溶液比依存性を明らかにする。これらから混合溶液を活用した液体熱電変換のZTを決定する。
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的はFe2+/Fe3+有機溶液における、(i)酸化還元電位Vおよび電気化学ゼーベック係数αの微視的理解、及び(ii)高効率な溶媒系の創出である。（ii）高効率な溶媒系の創出のためには、デバイス抵抗の主成分を求め、その支配要因を明らかにする必要がある。本年度は過塩素酸鉄を溶解させた様々な有機溶液において電気化学インピーダンス(EIS)測定を行い、溶液の抵抗成分の濃度依存性を調査した。酸化還元反応を伴う系の抵抗成分は大きく溶液抵抗R_s、電荷移動抵抗R_ct、拡散抵抗R_difに分類される。R_s、R_ctはEIS測定を行い、ランドロス等価回路解析によって決定した。また、R_difはデバイスの全抵抗からR_s、R_ctの差分をとり評価した。その結果、すべての溶液でR_s、R_difが抵抗の主成分であることが明らかになった。また、R_s、R_ctについて、溶液の粘度と濃度のパラメータから濃度依存性の傾向を再現することが確認された。このことから、溶液の粘度を低減させることでR_s、R_difが低減し、高効率な溶媒系の創出が期待される。
この他に進めた研究内容を以下に示す。
・[Fe(CN)6]3-/[Fe(CN)6]4-水溶液に有機溶媒を添加し、意図的に沈殿を引き起こすことでαの増大を確認し、それを濃度勾配モデルによって定量的に再現した。
・Fe2+/Fe3+DMF溶液において、2価と3価の溶質溶解度の差を利用し、αを増大させることに成功した。
・塗布型グラファイト電極によってR_ct、R_difが低減し、出力特性の向上に成功した。
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