水滴濡れ挙動制御を利用した液滴摩擦帯電型発電機の高効率化に関する研究

利用水滴润湿行为控制提高液滴摩擦发电机效率的研究

• 批准号: 22K04906
• 负责人: 青木 裕介
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Mie University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04906/
• 关键词: エナジーハーベスタ; 液滴摩擦発電; 濡れ制御; 帯電材料; 液滴摩擦帯電型発電素子; 摩擦発電

本研究では、液滴摩擦帯電型発電機（DEG）①DEG表面での水滴挙動のデバイス動作への影響と②高効率動作をするDEGの構造と動作条件の明確化を行い，最終的には③従来型DEGに比べて自由度の高い動作条件を実現するDEGデバイス創生を実現することを目的としている。これら目的に対して、当該年度では、DEGの動作原理の解明のために、上部電極/PTFE/金属板構造のDEGを対象として、水滴落下高さ、DEG基板傾きの違い、水滴落下位置に対する電極位置の違いなどの条件の違いによるDEG上での水滴形状、水滴濡れの違いを高速カメラ撮影により明確化し、かつ、発電特性の時系列データを比較することでDEG上の水滴挙動とDEG出力の相関を検証した。得られた成果は以下のとおりである。水滴落下位置と電極配置位置関係がDEG出力に対する影響を明確化した。水滴落下高さ，基板角度等の条件の違いにより水滴バウンド運動に違いが生じ、DEG上で水滴形状に変化が生じた。DEG上で水滴が上部電極に接触する際の面積を大きくする条件が最大出力を得るのに好適であること、DEG上で水滴が電極に接触している際の水滴―PTFE接触面積が時間的に変化する場合、面積の時間変化とDEG出力の時間変化に相関があることを明らかにできた。各種電極構造（細線電極or箔電極、水滴スライド方向に対して垂直配置or平行配置）がDEG出力に与える影響を検証した。箔電極・垂直配置とすると、電極―PTFE表面の濡れ性の違いにより電極へ水滴がより長時間濡れ状態を保ち、長時間のDEG出力が得られることを明らかとした。さらにDEG回路をCR回路に見立てた等価回路モデルを利用して、帯電材料に蓄えられている初期帯電電荷量を見積り、帯電材料の帯電電荷密度に見合ったDEG出力が得られていることを確認できた。

在本研究中，我们将阐明液滴摩擦发电机（DEG）的结构和运行条件：（1）DEG表面的水滴行为对装置运行的影响；（2）高效的结构和运行条件； DEG；最后，(3) 目标是创建比传统 DEG 具有更高自由度的操作条件的 DEG 设备。为此，本财年，为了阐明DEG的工作原理，我们重点研究了上电极/PTFE/金属板结构的DEG，并研究了水滴高度、DEG基板倾斜度和电极位置相对于上电极/PTFE/金属板结构的差异。通过使用高速相机拍摄，明确由于位置差异等条件的不同，DEG上的水滴形状和水滴湿度的差异，并比较发电特性的时间序列数据，我们可以澄清水滴在 DEG 上的行为和 DEG 输出我们验证了相关性。得到的结果如下。阐明了水滴落下位置和电极排列位置对DEG输出的影响。水滴高度和基底角度等条件的差异导致水滴弹跳运动的差异，从而导致DEG上水滴形状的变化。增大水滴与DEG上电极接触面积的条件适合获得最大输出，并且当水滴与DEG上电极接触时，水滴与PTFE之间的接触面积随时间变化。结果表明，面积的时间变化与DEG输出的时间变化之间存在相关性。我们验证了各种电极结构（细线电极或箔电极，与水滴滑动方向垂直或平行排列）对DEG输出的影响。结果表明，当使用垂直排列的箔电极时，由于电极和PTFE表面之间的润湿性差异，水滴在电极上保持湿润的时间更长，并且可以获得更长的DEG输出的时间。此外，使用将DEG电路与CR电路进行比较的等效电路模型，估计了充电材料中存储的初始电荷量，并确认获得了与充电材料的电荷密度相称的DEG输出。我能够做到。

项目成果

水滴摩擦帯電型発電機の動作に対する水滴挙動の影響の検証

验证水滴行为对水滴摩擦发电机运行的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: 青木裕介

Relationship between water droplet motion and output characteristics in droplet-based electricity generator

水滴发电机中水滴运动与输出特性的关系

• DOI: 10.1080/15421406.2023.2180208
• 发表时间: 2023
• 影响因子: 0.7
• 作者: Ryota Naganuma; Daisuke Tajima; Yusuke Aoki
• 通讯作者: Yusuke Aoki

液滴型摩擦発電機における液滴の挙動の違いが出力変化に及ぼす影響

液滴行为差异对液滴型摩擦发电机输出变化的影响

• 发表时间: 2023
• 作者: 永沼良太; 田島大輔; 青木裕介
• 通讯作者: 青木裕介

Relationship between Water Droplet Motion and Output Characteristics in droplet-based electricity generator

水滴发电机中水滴运动与输出特性的关系

• 发表时间: 2022
• 作者: Ryota Naganuma; Daisuke Tajima; Yusuke Aoki
• 通讯作者: Yusuke Aoki