電流電圧の協奏を目指す新奇なバイナリー創エネ材料の研究

以电流和电压协同为目标的新型二元能源材料研究

• 批准号: 21K18821
• 负责人: 柿本 健一
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: Nagoya Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-09 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K18821/
• 关键词: 環境発電; 電子・電気材料; 複合材料; 焦電効果; 圧電効果; セラミックス

IoT社会を見据えた現在、電池不要化技術すなわち環境発電に関心が集まり、各種の環境発電方式が出揃いつつある。しかし、出力源の偏在性（場所、時間、連続性など）や発生電力に注目するあまり、基本となる電流と電圧の関係性についての科学的関心がいっそう希薄になってきた。例えば、太陽光発電、温度差発電、振動発電といった代表的な発電方式では、それぞれ室内光への対応、温度差の確保、製造コストの削減などが克服すべき技術課題として挙げられ、小さな発電出力密度を補うために、昇圧コンバーターの改良など回路設計が研究開発の中心になりつつある。これに対して本研究では、環境発電に関して従前にない「電流と電圧の協奏」に着眼した材料創製に取り組むことを目的とする。初年度は無機セラミックフィラーを含む高分子複合材料をモデル材料にして、外部から動的歪みを与えた場合の内部電位の可視化や界面の絶縁耐性の評価に成功した。そこで、本年度２年次には、さらに機械的変形量が増大する見込みのある空隙がある各種セルラー材料を付加製造技術によって新たに作製し、その変形挙動を評価および解析した。また、振動発電に及ぼす性能指数として、第３相のフィラー添加による複合材料組成の変性にも取組み、材料内部に化学応力を誘起した各種材料を合成し、振動発電量に及ぼす影響を調べた。一方、焦電／電気熱量効果による電流／温度変化を精密評価するための評価技術の獲得にも着手した。以上の成果を取りまとめて論文発表および学協会発表を行なった。

着眼于物联网协会，兴趣集中在无电池技术上，即环境发电，现在已经有了各种类型的环境发电方法​​。但是，关注输出源的不均匀分布（位置，时间，连续性等）以及对当前和电压之间的基本关系产生的科学兴趣所产生的功率变得更加稀释。例如，典型的发电方法，例如太阳能发电，温度差的发电和发电，被认为是要克服的技术问题，例如处理室内光，确保温度差异并降低制造成本。为了补偿小型发电密度，电路设计（例如改善增强转换器）正在成为研发的中心。相比之下，本研究旨在开发材料，这些材料侧重于前所未有的“当前和电压音乐会”。在第一年，我们使用了包含无机陶瓷填充剂的聚合物复合材料作为模型材料，并在从外部施加动态失真并评估界面的绝缘耐药性时成功地可视化了内部电势。因此，在今年的第二年中，使用增材制造技术新制造的各种具有空隙的细胞材料，预计将进一步增加机械变形，并对它们的变形行为进行了评估和分析。此外，作为振动发电的优点，我们还致力于通过在第三阶段添加填充剂并合成各种材料，从而使复合材料组成变成材料内部的化学应力，并研究了对振动发电量的影响。另一方面，他们还开始获取评估技术，以精确评估由于高电/电热量效应而导致的电流/温度变化。上述结果是编译并发表的论文和学术协会。

项目成果

Mechanical and electrical properties of Na_0.55K_0.45NbO₃?+?0.2% MnO/Al₂O₃ composites for energy harvesting applications

机械%20和%20电%20性能%20of%20Na_0.55K<sub​​>0.45</sub>NbO₃?+?0.2%%20MnO/Al<sub>2

• DOI: 10.35848/1347-4065/ac85f7
• 发表时间: 2022
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: Martin Alexander;Webber Kyle G.;Kakimoto Ken-ichi
• 通讯作者: Kakimoto Ken-ichi

Temperature‐induced changes of the electrical and mechanical properties of aerosol‐deposited BaTiO3 thick films for energy storage applications

用于储能应用的气溶胶沉积 BaTiO3 厚膜的电气和机械性能随温度变化的变化

• DOI: 10.1111/jace.18377
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of the American Ceramic Society
• 影响因子: 3.9
• 作者: Zhuo Fangping;Eckstein Udo R.;Khansur Neamul H.;Dietz Christian;Urushihara Daisuke;Asaka Toru;Kakimoto Ken-ichi;Webber Kyle G.;Fang Xufei;Roedel Juergen
• 通讯作者: Roedel Juergen

Energy harvesting properties of 0-3 Al2O3-(Na,K)NbO3 composites

0-3 Al2O3-(Na,K)NbO3 复合材料的能量收集性能

• 发表时间: 2022
• 作者: Martin Alexander;Kakimoto Ken-ichi
• 通讯作者: Kakimoto Ken-ichi

Mechanical and Electrical Properties of Piezoelectric Al2O3-KNN 0-3 Composites

压电Al2O3-KNN 0-3复合材料的机械和电气性能

• 发表时间: 2022
• 作者: 山本凌大;A. Hegendoerfer;J. Mergheim;柿本健一;A. Martin，K. Webber and K. Kakimoto
• 通讯作者: A. Martin，K. Webber and K. Kakimoto

Modular lead-free piezoceramic/polymer composites with locally adjustable piezoelectric properties

具有局部可调压电特性的模块化无铅压电陶瓷/聚合物复合材料

• DOI: 10.1016/j.oceram.2022.100320
• 发表时间: 2023
• 期刊: Open Ceramics
• 作者: Hoffmann Patrizia;K?llner David;Simon Swantje;Kakimoto Ken-ichi;Fey Tobias
• 通讯作者: Fey Tobias