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2019 年度 実績報告書

革新的レドックスフロー電池の創成に向けたマルチフィデリティ設計法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 18K13674
研究機関大阪大学

研究代表者

矢地 謙太郎  大阪大学, 工学研究科, 助教 (90779373)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2020-03-31
キーワード設計工学 / 最適設計 / トポロジー最適化 / レドックスフロー電池 / マルチフィデリティ設計法
研究実績の概要

風力や太陽光といった自然エネルギーを貯蔵するための次世代の蓄電システムとして、レドックスフロー電池(RFB: Redox Flow Battery)が注目を集めている。これに伴い、RFBに関する研究が盛んに行われているものの、実用化には更なる充放電性能の向上が求められている。元来、RFBは材料科学の研究者によって触媒の選定や電極材料の合成など、主に微視的な視点からの高性能化が図られてきた。これに対し本研究では、巨視的かつ数理的な視点からのRFBの高性能化を目指し、電極構造や各種設計パラメータを対象とした最適設計に関する研究を実施した。

最終年度は、前年度までに得られた成果を洗練化することに注力した。具体的には、マルチフィデリティ設計法とトポロジー最適化を統合した基礎的なフレームワークを、流体の基本的な問題を対象としたトポロジー最適化において検証した上で、RFBの流動場を対象とした方法論へ拡張した。流体の基本的な問題については、マルチフィデリティ法の考え方に基づき、層流問題における単純なトポロジー最適化で得られた結果から、間接的に乱流問題における有望な設計解を見出せることを示した。この成果については構造最適化の分野でトップジャーナルの一つであるStructural and Multidisciplinary Optimizationに採択された。またRFBの流体場を対象とした方法論については、単純な二次元のモデルから得られた最適化構造のデータセットを利用することで、実際の三次元の流動場において有望な設計解を間接的に導出することに成功した。この成果については設計工学の分野で著名な国際会議であるASME DETC Conferenceに採択された。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 4件)

  • [雑誌論文] Multifidelity design guided by topology optimization2020

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Yaji, Shintaro Yamasaki, Kikuo Fujita
    • 雑誌名

      Structural and Multidisciplinary Optimization

      巻: 61 ページ: 1071-1085

    • DOI

      10.1007/s00158-019-02406-4

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Freeform winglet design of fin-and-tube heat exchangers guided by topology optimization2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Kobayashi, Kentaro Yaji, Shintaro Yamasaki, Kikuo Fujita
    • 雑誌名

      Applied Thermal Engineering

      巻: 161 ページ: 114020

    • DOI

      10.1016/j.applthermaleng.2019.114020

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Computational design of flow fields for vanadium redox flow batteries via topology optimization2019

    • 著者名/発表者名
      Chih-Hsiang Chen, Kentaro Yaji, Shintaro Yamasaki, Shohji Tsushima, Kikuo Fujita
    • 雑誌名

      Journal of Energy Storage

      巻: 26 ページ: 100990

    • DOI

      10.1016/j.est.2019.100990

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Topology Optimization for Beginners2019

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Yaji
    • 雑誌名

      Journal of the Japan Society for Precision Engineering

      巻: 85 ページ: 965-968

    • DOI

      10.2493/jjspe.85.965

  • [学会発表] A Framework of Multi-Fidelity Topology Design and its Application to Optimum Design of Flow Fields in Battery Systems2019

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Yaji, Shintaro Yamasaki, Shohji Tsushima, Kikuo Fujita
    • 学会等名
      ASME Design Engineering Technical Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] A framework of multi-fidelity design guided by topology optimization: application to flow field designs for redox flow batteries2019

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Yaji, Shintaro Yamasaki, Shohji Tsushima, Kikuo Fujita
    • 学会等名
      Asia Pacific Congress on Computational Mechanics 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Topology optimization of two fluids separated by a wall for heat exchanger design2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Kobayashi, Kentaro Yaji, Shintaro Yamasaki, Kikuo Fujita
    • 学会等名
      Asia Pacific Congress on Computational Mechanics 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Freeform design of flow channels in redox flow batteries by topology optimization2019

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Yaji, Chih-Hsiang Chen, Shintaro Yamasaki, Shohji Tsushima, Kikuo Fujita
    • 学会等名
      8th International Conference on Computational Methods for Coupled Problems in Science and Engineering,
    • 国際学会
  • [学会発表] 流動場設計を目的としたマルチフィデリティトポロジー最適化法2019

    • 著者名/発表者名
      矢地謙太郎, 山﨑慎太郎, 藤田喜久雄
    • 学会等名
      第24回計算工学講演会

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公開日: 2021-01-27  

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