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2016 年度 実績報告書

超高感度磁気センサを用いた電流分布可視化システムと電池開発への応用

研究課題

研究課題/領域番号 15K21188
研究機関岡山大学

研究代表者

堺 健司  岡山大学, 自然科学研究科, 助教 (40598405)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2017-03-31
キーワードHTS-SQUID / 磁気センサ / 色素増感型太陽電池 / 磁場計測 / 電流分布 / 交流インピーダンス / 色素 / 触媒
研究実績の概要

研究期間の初年度に超高感度磁気センサのHTS-SQUIDを用いて磁場分布計測システムを構築し,電流が作る磁場から電池内を流れる電流分布の推定を試みた。測定試料と平行な2成分の磁場を検出できる計測システムを作製し磁場分布を測定した結果,電流の強度と向きを示すマッピングの取得に成功した。また,色素増感型太陽電池内を流れる直流電流分布を調べ,電流分布解析により太陽電池の特性改善に繋がる因子の特定を検討した。太陽電池に使用する色素や触媒を変え異なる特性を持つ太陽電池の電流分布を評価した結果,特性が極端に低下した場合のみ電流分布に変化が見られた。
しかし,直流電流分布の違いは,色素や触媒など太陽電池内のどの構成要素に起因するのかを特定できず,電池の特性改善には電池の構成要素と電流分布との相関性を明らかにする必要が生じた。そこで,電池内の構成要素を分離して評価可能な交流インピーダンス解析を応用した磁気計測による交流インピーダンスの推定手法を考案し,この手法の有用性を最終年度に検討した。本手法は,測定試料に交流電圧を印加し,その際に生じる交流電流が作る磁場の周波数スペクトルを取得することで,交流インピーダンスのスペクトルを推定する方法である。基礎評価として,電気回路内を流れる交流電流が作る磁場の周波数スペクトルを測定した結果,各素子の交流インピーダンスに対応した磁場スペクトルが得られることを示した。また,色素増感型太陽電池の磁場スペクトルと既存の装置で測定した交流インピーダンススペクトルには相関性があることを示した。この結果は,磁場スペクトルを多点計測することで,電池を構成する各要素に対応した電気特性の分布が評価可能であることを示している。このような電気特性分布の評価を既存の装置で行うことは難しく,本研究の成果は各種電池の特性改善因子を明らかにする新規の電池評価法として期待できる。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Magnetic AC Impedance Analysis Method Using High-T-c SQUID Based Magnetic Measurement System2017

    • 著者名/発表者名
      K. Sakai, T. Kizu, T. Kiwa, and K. Tsukada
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Applied Superconductivity

      巻: 27 ページ: 1601205

    • DOI

      10.1109/TASC.2016.2631426

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Analysis of AC Impedance in Localized Region Using Magnetic Field Distribution Measured by HTS-SQUID2017

    • 著者名/発表者名
      Kenji Sakai, Tsubasa Kizu, Toshihiko Kiwa and Keiji Tsukada
    • 学会等名
      European Conference on Applied Superconductivity 2017
    • 発表場所
      Geneva, Swiss
    • 年月日
      2017-09-17 – 2017-09-21
    • 国際学会
  • [学会発表] 高温超伝導SQUIDを用いた磁気計測による電気化学インピーダンスの推定2017

    • 著者名/発表者名
      堺 健司,木津 翼,紀和 利彦,塚田 啓二
    • 学会等名
      第29回「電磁力関連のダイナミクス」シンポジウム
    • 発表場所
      倉敷
    • 年月日
      2017-05-18 – 2017-05-19
  • [学会発表] HTS-SQUIDを用いた電流が作る磁場の周波数特性測定と交流インピーダンスとの相関性2017

    • 著者名/発表者名
      木津 翼,堺 健司,紀和 利彦,塚田 啓二
    • 学会等名
      第64回 応用物理学会 春季学術講演会
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2017-03-14 – 2017-03-17
  • [学会発表] 特性が異なる色素増感型太陽電池のHTS-SQUIDを用いた磁場計測による電流特性分布評価2016

    • 著者名/発表者名
      堺 健司,木津 翼,紀和 利彦,塚田 啓二
    • 学会等名
      2016 秋季 第77回 応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      新潟
    • 年月日
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [学会発表] Magnetic AC impedance analysis method for dye sensitized solar cell using High-Tc SQUID2016

    • 著者名/発表者名
      Kenji Sakai, Tsubasa Kizu, Toshihiko. Kiwa, Keiji Tsukada
    • 学会等名
      2016 Applied Superconductivity Conference
    • 発表場所
      Denver, USA
    • 年月日
      2016-09-04 – 2016-09-09
    • 国際学会
  • [学会発表] 超高感度磁気センサを用いた電流分布計測によるモジュール型色素増感型太陽電池の評価2016

    • 著者名/発表者名
      木津翼, 堺健司, 紀和利彦, 塚田啓二
    • 学会等名
      2016 年度 応用物理・物理系学会 中国四国支部 合同学術講演会
    • 発表場所
      岡山
    • 年月日
      2016-07-31
  • [学会発表] New evaluation method for various types of solar cell by measuring current distribution using highly sensitive magnetic sensor2016

    • 著者名/発表者名
      Kenji Sakai, Toshihiko Kiwa, Keiji Tsukada
    • 学会等名
      EMN Dalian Meeting Energy Materials and Nanotechnology
    • 発表場所
      Dalian, China
    • 年月日
      2016-07-26 – 2016-07-29
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2018-01-16  

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