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2023 年度 実績報告書

混合溶媒系の電気化学ゼーベック係数の微視的理解と巨大化

研究課題

研究課題/領域番号 22KJ0413
配分区分基金
研究機関筑波大学

研究代表者

井上 大  筑波大学, 理工情報生命学術院, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2023-03-08 – 2024-03-31
キーワードエネルギーハーベスト / 液体熱電変換 / 電気化学測定 / XAFS測定 / 紫外可視吸収分光測定 / 量子化学計算
研究実績の概要

本研究の目的はFe2+/Fe3+有機溶液における、(i)酸化還元電位Vおよび電気化学ゼーベック係数αの微視的理解、及び(ii)高効率な溶媒系の創出である。(ii)高効率な溶媒系の創出のためには、デバイス抵抗の主成分を求め、その支配要因を明らかにする必要がある。本年度は過塩素酸鉄を溶解させた様々な有機溶液において電気化学インピーダンス(EIS)測定を行い、溶液の抵抗成分の濃度依存性を調査した。酸化還元反応を伴う系の抵抗成分は大きく溶液抵抗R_s、電荷移動抵抗R_ct、拡散抵抗R_difに分類される。R_s、R_ctはEIS測定を行い、ランドロス等価回路解析によって決定した。また、R_difはデバイスの全抵抗からR_s、R_ctの差分をとり評価した。その結果、すべての溶液でR_s、R_difが抵抗の主成分であることが明らかになった。また、R_s、R_ctについて、溶液の粘度と濃度のパラメータから濃度依存性の傾向を再現することが確認された。このことから、溶液の粘度を低減させることでR_s、R_difが低減し、高効率な溶媒系の創出が期待される。
この他に進めた研究内容を以下に示す。
・[Fe(CN)6]3-/[Fe(CN)6]4-水溶液に有機溶媒を添加し、意図的に沈殿を引き起こすことでαの増大を確認し、それを濃度勾配モデルによって定量的に再現した。
・Fe2+/Fe3+DMF溶液において、2価と3価の溶質溶解度の差を利用し、αを増大させることに成功した。
・塗布型グラファイト電極によってR_ct、R_difが低減し、出力特性の向上に成功した。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (2件)

  • [雑誌論文] Concentration gradient effect in liquid thermoelectric device composed of organic-solvent-added aqueous solution containing K<sub>4</sub>[Fe(CN)<sub>6</sub>]/K<sub>3</sub>[Fe(CN)<sub>6</sub>]2024

    • 著者名/発表者名
      Tanaka Yuudai、Wake Akihiro、Inoue Dai、Moritomo Yutaka
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 63 ページ: 014002~014002

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ad1424

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Concentration dependence of resistance components in solutions containing dissolved Fe<sup>2+</sup>/Fe<sup>3+</sup>2024

    • 著者名/発表者名
      Inoue Dai、Moritomo Yutaka
    • 雑誌名

      RSC Advances

      巻: 14 ページ: 6292~6297

    • DOI

      10.1039/d3ra07829a

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Precipitation enhancement of liquid thermoelectric conversion with Fe(ClO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>/Fe(ClO<sub>4</sub>)<sub>3</sub> dissolved in DMF2024

    • 著者名/発表者名
      Wake Akihiro、Inoue Dai、Moritomo Yutaka
    • 雑誌名

      Energy Advances

      巻: 3 ページ: 784~789

    • DOI

      10.1039/d3ya00516j

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Coated electrodes for liquid thermoelectric conversion devices to enhance Fe<sup>2+</sup>/Fe<sup>3+</sup> redox kinetics2024

    • 著者名/発表者名
      Aiba Touya、Inoue Dai、Moritomo Yutaka
    • 雑誌名

      Sustainable Energy &amp; Fuels

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1039/d4se00220b

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Resistance components in organic electrolytes containing Fe<sup>2+</sup>/Fe<sup>3+</sup> for liquid thermoelectric conversion devices2023

    • 著者名/発表者名
      Nomura Yunika、Inoue Dai、Moritomo Yutaka
    • 雑誌名

      New Journal of Chemistry

      巻: 47 ページ: 18756~18761

    • DOI

      10.1039/d3nj03721e

    • 査読あり
  • [学会発表] Fe2+/Fe3+有機溶媒溶液の抵抗成分2024

    • 著者名/発表者名
      井上大、守友浩
    • 学会等名
      第71回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] Fe2+/Fe3+溶液の抵抗成分の濃度依存性2023

    • 著者名/発表者名
      井上大、野村由仁香、和氣暁大、守友浩
    • 学会等名
      第84回応用物理学会秋季学術講演会

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公開日: 2024-12-25  

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