MEMS技術を用いた超小型超電導磁気エネルギー貯蔵素子

• 研究課題/領域番号: 26289074
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 電力工学・電力変換・電気機器
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 元廣 友美 名古屋大学, 未来社会創造機構, 教授 (20394421)
• 研究分担者: 杉本 憲昭 株式会社豊田中央研究所, 環境・エネルギー1部, 研究員 (60394714)
• 連携研究者: 梶野 勉 ㈱豊田中央研究所, 研究推進部, 部長 (10394636) ; 竹田 康彦 ㈱豊田中央研究所, 環境・エネルギー2部・エネルギー変換材料研究室, 室長 (10394660)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円); 2016年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2015年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2014年度: 15,210千円 (直接経費: 11,700千円、間接経費: 3,510千円)
• キーワード: 超電導磁気エネルギー貯蔵（SMES） / MEMS / 螺旋コイル / 超電導薄膜・ / シリコンウェハ / 銅めっき / 極低温冷凍機 / 化学機械研磨（CMP） / 蓄電 / コイル / 超電導 / シリコン / 磁気エネルギー / 電気エネルギー / 極低温 / 電気エネルギー工学 / 超電導磁気エネルギー貯蔵 / 電気エネルギー貯蔵 / 超伝導 / 薄膜 / SMES / 電力機器 / Li二次電池

研究成果の概要

従来の巨大な超電導磁気エネルギー貯蔵装置（SMES）を小型化し、超電導薄膜でできた螺旋状コイルの埋め込まれたSiウェハの積層体でSMESを作る新しい方法を提案した。
この方法はSMESの大量生産にも適する。エネルギー貯蔵容量が蓄電池に匹敵し、Siの機械的強度で、発生する電磁応力に耐えることが理論的に予測できたので、この方法によりSMESの実現が可能と判断した。複数回の試作を経て、4インチSiウェハに設けた螺旋状トレンチ内に形成した螺旋状NbN超電導薄膜コイルで、設計通りのエネルギー貯蔵量が確認できたので、この新しいSMESの作り方を実証できた。これにより、新たなSMESの応用展開が期待できる。

研究成果

• [雑誌論文] Compact SMES with a superconducting film in a spiral groove on a Si wafer formed by MEMS technology with possible high-energy storage volume density comparable to that of rechargeable batteries (2017)
  • 著者名/発表者名: N. Sugimoto, N. Iguchi, Y. Kusano, T. Fukano, T. Hioki, A. Ichiki, T. Bessho, T, Motohiro
  • 雑誌名: Superconductor Science and Technology 巻: 30 号: 1 ページ: 015014-015014
  • DOI: 10.1088/0953-2048/30/1/015014
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Fabrication of a Traversable Thick NbN Film Superconducting Coil of 42m in Length in a Spiral Three-Storied Trench Engraved in a Si Wafer of 76.2 mm in Diameter Formed by MEMS Technology for a Compact Electric Power Storage as a Magnetic Field with High Energy Storage Volume Density (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Motohiro
  • 学会等名: The 1st Seminar on JSPS Core-to-Core Program ( B. Asia-Africa Sxience Platforms) "Establishment of Reaearch Hub for Compact Mobility in the ASEAN Region"
  • 発表場所: Hanoi University of Science and Technology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Stress control of NbN film on the Si wafer for SMES (2017)
  • 著者名/発表者名: Yushi Ichiki, Yasuhiro Suzuki, Nobuhiro Iguchi, Tatsumi Hioki, Akihisa Ichiki and Tomoyoshi Motohiro
  • 学会等名: The 1st Seminar on JSPS Core-to-Core Program ( B. Asia-Africa Sxience Platforms) "Establishment of Reaearch Hub for Compact Mobility in the ASEAN Region"
  • 発表場所: Hanoi University of Science and Technology
  • 国際学会
• [学会発表] Compact SMES with a Superconducting Film in a Spiral Trench on a Si-Wafer Formed by MEMS Technology with Possible High Energy Storage Volume-Density Comparable to Those of Rechargeable Batteries (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Iguchi, Y. Suzuki, K. Adachi, T. Hioki, A. Ichiki, T. Motohiro, N. Sugimoto, C.-H Hsu, R. Sato, S. Kumagai, M. Sasaki, J.-H. Noh, Y. Sakurahara, K. Okabe,O. Takai, H. Honma, H. Watanabe, H.Sakoda, H. Sasagawa, H. Doy, S. Zhou,T. Nozaki, H. Hori, S. Nishikawa
  • 学会等名: 1st Asian Int’l Cryogenic Mater. Conf.-50th Anniversary Conf. of Cryogenics and Superconductivity Soc. Jpn
  • 発表場所: Kanazawa-Kagekiza, Kanazawa, Japan
  • 年月日: 2016-11-07
  • 国際学会
• [学会発表] Compact SMES with a Superconducting Film in a Spiral Groove on a Si-Wafer Formed by MEMS Technol.with Possible Energy Storage Volume-Density Surpassing that of Li-Ion Batteries (I) (2015)
  • 著者名/発表者名: N. Sugimoto, N. Iguchi, Y. Kusano, T. Fukano, T. Hioki, A. Ichiki, T. Bessho, T. Motohiro
  • 学会等名: The 28th International Symposium on Superconductivity
  • 発表場所: Tower Hall Funabori, Funabori, Tokyo
  • 年月日: 2015-11-16
  • 国際学会
• [学会発表] Compact SMES with a Superconducting Film in a Spiral Groove on a Si-Wafer Formed by MEMS Technol.with Possible Energy Storage Volume-Density Surpassing that of Li-Ion Batteries (II) (2015)
  • 著者名/発表者名: N. Iguchi, N. Sugimoto, Y. Kusano, T. Fukano, T. Hioki, A. Ichiki, T. Bessho, T.Motohiro
  • 学会等名: The 28th International Symposium on Superconductivity
  • 発表場所: Tower Hall Funabori, Funabori, Tokyo
  • 年月日: 2015-11-16
  • 国際学会
• [備考] 研究室図鑑・元廣研究室、太陽光でレーザー発振、レーザー光からのエネルギー創生・貯蔵
  • URL: http://cd.engg.nagoya-u.ac.jp/dict/2015/01/post-102.html
• [産業財産権] 超伝導コイル (2017)
  • 発明者名: 元廣友美、別所毅、杉本憲昭
  • 権利者名: 元廣友美、別所毅、杉本憲昭
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2017-073869
  • 出願年月日: 2017-04-03
• [産業財産権] 超電導エネルギー貯蔵装置 (2015)
  • 発明者名: 杉本憲昭、深野達雄、元廣友美
  • 権利者名: ㈱豊田中央研究所
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2015-198866
  • 出願年月日: 2015-10-06