革新的な圧電性を有する発泡発電ゴムの開発と環境・振動発電への展開

研究課題

研究課題/領域番号	23K11522
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
審査区分	小区分64050:循環型社会システム関連
研究機関	広島大学
研究代表者	田中義和広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 准教授 (00335704)
研究期間 (年度)	2023-04-01 – 2026-03-31
研究課題ステータス	交付 (2023年度)
配分額 *注記	4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円) 2025年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円) 2024年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円) 2023年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
キーワード	ゴム / 発泡ゴム / 圧電性 / 振動発電 / 環境発電
研究開始時の研究の概要	Society 5.0 の社会においては、様々なデータを取得できることが人間の生活・活動環境をよりよくするために必要となる。そのためには、いろいろなシチュエーションで活用できる電池レスセンサが必要であり、その電源として未利用エネルギーを用いた環境・振動発電の応用が期待できる。そこで、本研究は、革新的な圧電性を有する発泡発電ゴムの開発と環境・振動発電への展開を目的とする。圧電性を有する発泡圧電ゴムの実験的探求、発泡発電ゴムを用いた発電デバイスの理論特性評価方法の開発、および発電デバイスの環境・振動発電への応用、を行い、電池レスセンサに貢献する学術と技術を研究する。
研究実績の概要	2000年初頭から環境・振動発電に関する研究は世界的に活発に実施されているが、広く社会実装される状況には、まだ至っていない。その根本的な原因としては、発電量の大きさにあると考えられる。そこで本研究では、革新的な圧電性を有する発泡発電ゴムの開発と環境・振動発電への応用を目的とする。本研究の学術的独自性として・従来の圧電材料（ＰＺＴ、ＰＶＤＦ）の特性を凌駕する、発泡発電ゴムを探求すること、・粘弾性特性を考慮した機械的および発電特性を評価できる発泡発電ゴムの理論評価方法を確立すること、が挙げられる。令和５年度では、ゴム材料および発泡ゴム材料を用いて発電ゴムおよび発泡発電ゴムの試作とその発電特性評価を行った。試作するためのコロナチャージ装置を製作した。また、試作した発電ゴムおよび発泡発電ゴムの発電特性を評価するために、強制荷重負荷試験機を作成した。強制荷重負荷試験機は、試作品に強制荷重を与えることで、発電特性評価値として、圧電応力定数 d33 を簡易的に推定できる。試作におけるパラメータは、ゴム材料（NRゴム, CRゴム, EPDMなど）、ゴムの厚さ、コロナ帯電電圧などであった。試作品の発電特性を評価した結果、試作品の一部において、PVDFの発電特性を上回ることが確認された。今後は、試作品の発電性能のばらつきを抑える製作方法、試作品の経時変化、他の試作品の探求、について検討を行いつつ、発電特性のモデル化について研究を進めていく。
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ゴム材料および発泡ゴム材料を用いて発電ゴムおよび発泡発電ゴムの試作とその評価を行った。試作するためのコロナチャージ装置を製作した。また、試作した発電ゴムおよび発泡発電ゴムの評価するために、強制荷重負荷試験機を作成した。試作品の発電特性を評価した結果、PVDFの発電特性から2倍以上の特性向上が確認された。よって、研究実施計画に沿って概ね順調に進展していると判断した。今後は、試作品の経時変化について検討を行いつつ、発電特性のモデル化について研究を進めていく。
今後の研究の推進方策	研究を推進するために、令和５年度に製作したコロナチャージ装置、強制荷重負荷試験装置の改良を行う。また、研究計画に基づき、令和６年度は、発電ゴムの力学モデルについて検討を行う。力学モデルの妥当性を検討し、モデルの改良を行うために、製作したコロナチャージ装置でいろいろな条件可で試作品を製作し、強制荷重負荷試験装置でその応答を確認する。力学モデルの構築にあたっては、圧電エレクトレットの関連する研究論文の調査を並行して実施し、参考にする。