| 研究分担者 |
西澤 松彦 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20273592)
安部 隆 東北大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (00333857)
小野 崇人 東北大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (90282095)
折茂 慎一 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (40284129)
田中 秀治 東北大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (00312611)
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| 研究概要 |
振動, 糖分, 温度差などを効率的に電気エネルギーに変換し, 高付加価値でかつ環境問題に貢献する超微小発電システム実現を目的として以下の研究を実施.
1)環境発電(高効率マイクロ振動発電)システム:マイクロマシニングによりエレクトレットを用いたマイクロ静電誘導発電デバイスを試作.耐久性と扱いやすさを考慮した両持ち梁構造でインピーダンス整合回路の付加により27nWの最大発電力を得た.また本研究で発明し実証した自立エレクトレット膜と合わせて用いることにより0.3mW程度の発電量が可能であることを確認.振動で得る電力は交流であり, 整流することが重要な課題である.特に静電誘導発電の場合は、浮遊容量を除去し損失を最小とすることが必要であり, 整流回路を小型化し発電デバイスの近傍に置くことが必須.このため, 発電デバイスと整流回路を集積化し, 工程数を削減する新しい技術を開発.
2)酵素触媒による環境・生体適合型バイオ燃料電池:バイオ燃料電池の出力電圧の向上を目指し, 直列化機構の開発を実施.グルコースオキシダーゼによるグルコース酸化アノードと, ビリルビンオキシダーゼによる酸素還元カソードによるバイオ電池を3セル, マイクロ流路内に配列し, 微細加工を駆使して作製した超撥水バルブで区切った構造とした.その結果, 燃料溶液の注入後に約1Vの出力電圧を確認.この直列化機構は, 送液下においても作動することも確認.バルブ機構や流路構造の最適化によって, 電流出力も確保した高出力化か期待できることを明らかにした.
3)高付加価値マイクロエネルギーシステム:マイクロ固体酸化物燃料電池(SOFC)に用いる固体酸化物電解質を選択し, パルスレーザデポジション(PLD)によってGdドープCeO_2(GDS)の堆積条件を見出した.また, 実際のセルに近い形に構造を作り, イオン伝導性の評価を行った。その結果, 得られた膜が比較的低温で高出力を得るに十分な性能を有していることを明らかにした.また, 別の電解質材料として, YドープBaZrO_3(BZY)も検討し, 同様にPLDを用いて, 自立膜を得ることに成功.また, 390K以上でのみ「リチウム高イオン伝導特性を示す結晶構造」が安定化すると言われていたLiBH_4に関し, LiBH_4を部分置換するリチウムョウ化物(LiI)の添加量を系統的に増加させることで, この結晶構造が室温でも徐々に安定化することを詳細な粉末X線回折と熱分析を用いて実験的に示すことに成功.
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