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電池

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1: 2015/09/14(月) 07:44:11.71 ID:???.net
日本の切り紙「網」の技術で太陽電池の集光3割増 | ナショナルジオグラフィック日本版サイト
http://natgeo.nikkeibp.co.jp/atcl/news/15/091100257/

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http://natgeo.nikkeibp.co.jp/atcl/news/15/091100257/ph_thumb.jpg
平らな薄膜太陽電池に切り込みを入れ、太陽の動きに合わせて引っ張ると、表面に太陽光を受けやすい傾きがついて、集光効率を最大化することができる。(PHOTOGRAPH BY AARON
LAMOUREUX, UNIVERSITY OF MICHIGAN )


 最先端の太陽電池パネルのコンセプトは、2つの道具によってもたらされた。紙とハサミだ。

 日本の切り紙細工からヒントを得た米ミシガン大学の研究者が、七夕飾りの「網」のように広がる太陽電池を開発した。太陽の動きに合わせてこの太陽電池を引っ張ることで、表面に太陽光を受けやすい傾きが生じるおかげで、効率よく集光できる。このアイデアに関する詳細な論文は、9月8日に「Nature Communications」誌に掲載された。

 太陽の位置は刻々と変わっていくのに、太陽電池パネル自体は基本的に動かないため、自動的に太陽を追尾する架台の上に載せないかぎり、常に最適な角度で太陽光を受けられない。これは、太陽電池における根本的な問題だ。論文の共同執筆者であるミシガン大学のエンジニア、マックス・シュタイン氏は、自動追尾システムは高額で、屋根の上には設置できないと指摘する。彼は、アーティストのマット・シュリアン氏と協力して今回のデザインを生み出した。(参考記事:特集「もっと使おう太陽の力 太陽光発電」)

 切り紙式太陽電池は、細かい切り込みを入れた柔軟なガリウムヒ素薄膜からできている。この太陽電池を引っ張ると、表面に小さな傾斜が生じ、太陽の動きを約120度にわたって追跡できる。
太陽光をより効率よく、より多くの場所で利用するため、これまでにもさまざまなアイデアが提案されてきた。シュタイン氏の切り紙式太陽電池は、窓として使える透明な太陽電池や、どこにでも貼り付けられる太陽電池と並ぶ、画期的なアイデアだ。(参考記事:「日光下でも金属が熱くならない夢の塗料を開発」)

 シュタイン氏によると、切り込みを入れた薄膜は、従来の太陽電池より30%も多く太陽エネルギーを集められるが、その代償として、太陽電池パネルの大きさが約2倍になってしまうという。「パネルを
引っ張るので、伸びるためのスペースが必要になるのです」

 アーティストのシュリアン氏は、非常に複雑な切り紙作品を制作することで知られている。それに比べると今回のデザインは単純だが、何か理由があるのだろうか?

「いろいろな切り方を試した結果、この単純なパターンがベストであることが分かったのです」とシュタイン氏は言う。「広げるときに格子が重なって影ができてしまうものが多いのですが、この切り方だと
影ができにくいのです」。

続きはソースで

 
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引用元: 【エネルギー技術】日本の切り紙「網」の技術で太陽電池の集光3割増 「引っ張るだけ」で2次元が3次元に!

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1: 2015/09/03(木) 12:30:00.24 ID:???.net
共同発表:大容量の蓄電が可能な「リチウム空気電池」用電極材料の開発~ナノ多孔質グラフェンとルテニウム系触媒が鍵~
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20150902-2/index.html

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http://www.jst.go.jp/pr/announce/20150902-2/icons/zu1.jpg
図1 リチウム空気電池とその予想されている反応メカニズム
(a) リチウム空気電池の動作原理。
(b) コイン型電池を用いた実物大のリチウム空気電池の写真。
(c) ナノ多孔質グラフェン電極上の化学反応の様子と表面で行われているとされる化学反応式。

http://www.jst.go.jp/pr/announce/20150902-2/icons/zu2.jpg
図2 RuO2ナノ粒子を挟んだナノ多孔質グラフェン電極
(a) RuO2ナノ粒子をグラフェンで挟んだナノ多孔質グラフェンを電極として用いた50サイクル充電前の走査型電子顕微鏡(SEM)像。円盤状の過酸化リチウムが生成していることが確認できた。
(b) RuO2ナノ粒子をグラフェンで挟んだナノ多孔質グラフェンを電極として用いた50サイクル充電後の走査型電子顕微鏡(SEM)像。
(c) 充電試験後のナノ多孔質グラフェン電極の透過型電子顕微鏡(TEM)像。100-300nmの孔サイズを持つ。2-3層のグラフェンに覆われた5nmのRuO2ナノ粒子が壊れずに存在している
ことが確認できた。
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20150902-2/icons/zu3.gif

図3 RuO2ナノ粒子をグラフェンで挟んだ窒素ドープナノ多孔質グラフェン電極を用いたリチウム空気電池の充放電特性の試験結果
実験条件:1.0M(モル濃度)LiTFSI/TEGDME(リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド/トリエチレングリコールジメチルエーテル)、電流密度400mA/g、電気容量2000mAh/g。


ポイント
リチウムイオン電池の6倍以上の電気容量を持ち、100回以上繰返し使用が可能な「リチウム空気電池」の開発に成功した。
高性能な多孔質グラフェンと触媒により長寿命と大容量を実現。
1回の充電で500km以上の走行が可能な電気自動車の実現を視野に。


JST 戦略的創造研究推進事業の一環として、東北大学 原子分子材料科学高等研究機構(AIMR)の陳 明偉 教授らは、3次元構造を持つナノ多孔質グラフェン注1)による高性能なリチウム空気電池注2)を開発しました。

現在の電気自動車に使われているリチウムイオン電池の電気容量では、200km程度しか走行できず、走行距離を飛躍的に伸ばすために新しいタイプの大容量の蓄電池の開発が望まれています。

近年、注目されている新しい二次電池の中に「リチウム空気電池」があります。この電池はリチウムイオン電池とは異なり、正極にコバルト系やマンガン系の化合物を用いることなく、リチウム金属、電解液と空気だけで作動し、リチウムイオン電池の5~8倍の容量を実現できるとされています。

陳教授らはこのリチウム空気電池の正極に新たに開発した多孔質グラフェンを使用し、電極の単位重量あたり2000mAhの大きな電気エネルギーを持ち、かつ100回以上の繰返し充放電が可能なリチウム空気電池の開発に成功しました。正極に使用した多孔質グラフェンは、グラフェンの持つ電気伝導性に加えて、大きな空隙を持つことから、大容量の電極材料となりうることに着目したものです。現時点では、少量の貴金属を触媒に使用し、また、充電時の過電圧が大きいなどの課題は残りますが、実験結果を電気自動車の走行距離に換算すると充電1回あたりで500~600kmの走行に相当する結果が得られました。今後、さらなる改善を行うことで実用的な電気容量と寿命への到達が期待されます。本研究成果は、2015年9月1日(ドイツ時間)に「Advanced Materials」でオンライン公開されました。

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引用元: 【触媒化学】大容量の蓄電が可能な「リチウム空気電池」用電極材料の開発 ナノ多孔質グラフェンとルテニウム系触媒が鍵 東北大

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1: 2015/08/29(土) 21:59:38.26 ID:???.net
共同発表:せっけんの構造をまねて高分子太陽電池の高効率化に成功~色素を高濃度で導入し、限界効率打破に貢献~
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20150828/

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http://www.jst.go.jp/pr/announce/20150828/icons/zu1.gif
図1 色素の表面エネルギーと偏在する位置
上) シリコンフタロシアニン色素(SiPc)と高分子媒体の表面エネルギー。表面エネルギーは、BuSiPc6(橙色)<RRa-P3HT(黄色)<SiPc6(赤色)<PS(水色)<SiPcBz(青色)の順に大きな値を示す。
下) RRa-P3HT/PSブレンド膜に各色素を導入した時に、色素が偏在する位置:BuSiPc6はRRa-P3HTドメイン(黄色)、SiPc6はP3HT/PS界面(赤色)、SiPcBzはPSドメイン(水色)に偏在している。
すなわち、表面エネルギーが最も小さいBuSiPc6は表面エネルギーの小さなRRa-P3HTドメインに、表面エネルギーが最も高いSiPcBzは表面エネルギーが大きいPSドメインに、中間の表面エネルギーのSiPc6はP3HT/PS界面に偏在することを示している。

http://www.jst.go.jp/pr/announce/20150828/icons/zu2.gif
図2 界面活性剤と今回開発した色素の類似点
左) せっけんのような界面活性剤は、水と親和性のある親水基と油分と親和性のある疎水基を持つことで、水と油分の界面に偏在する。
右) 今回新たに開発したSiPcBz6色素は、P3HTと親和性のあるヘキシル基とPCBMと親和性のあるベンジル基を軸配位子に持つ。界面活性剤と同様に、P3HTとPCBMの界面に偏在すると期待される。

http://www.jst.go.jp/pr/announce/20150828/icons/zu3.gif
図3 今回の研究で用いた近赤外色素
左2つは従来から用いられている、2つの同じ軸配位子を持つホ◯構造色素(SiPc6,SiPcBz)。右は今回新たに合成した、異なる軸配位子を持つヘテロ構造色素(SiPcBz6)。

http://www.jst.go.jp/pr/announce/20150828/icons/zu4.gif
図4 三元ブレンド高分子太陽電池の発電特性
上) 電流-電圧曲線:P3HT/PCBM二元ブレンド参照素子(黒)、P3HT/PCBM/SiPcBz(青色)、P3HT/PCBM/SiPc6(橙色)、P3HT/PCBM/SiPcBz6(赤色)三元ブレンド素子。ヘテロ構造色素を導入したP3HT/PCBM/SiPcBz6三元ブレンド素子(橙色)はP3HT/PCBM二元ブレンド参照素子に比べて、変換効率がおよそ3割向上している。
下) 外部量子収率スペクトル:P3HT/PCBM二元ブレンド参照素子(黒)、P3HT/PCBM/SiPcBz(青色)、P3HT/PCBM/SiPc6(橙色)、P3HT/PCBM/SiPcBz6(赤色)三元ブレンド素子。680nm付近の信号が色素由来の電流発生効率を表す。ホ◯構造色素(SiPcBz、SiPc6)に比べて、ヘテロ構造色素(SiPcBz6)の電流発生効率はほぼ倍増している。

http://www.jst.go.jp/pr/announce/20150828/icons/zu5.gif
図5 ヘテロ構造色素SiPcBz6の合成スキーム
メチルキャップした1官能性シリコンフタロシアニン(a)を出発原料とし、ヘキシル基を軸配位子として導入した後(b)、UV照射によりメチル基を脱離し(c)、ベンジル基を軸配位子として導入した(d)。

ポイント 
高分子太陽電池へ色素を導入することで、大幅な効率向上が期待されるが、色素の導入量には限界があった。
せっけんに似た構造の色素を開発し、高濃度導入に成功し、変換効率が約3割向上した。
今後、単セル素子で変換効率15%の実現が期待される。

JST 戦略的創造研究推進事業において、京都大学の大北 英生 准教授、伊藤 紳三郎 教授らの研究グループは、有機薄膜太陽電池の一種である高分子太陽電池に高濃度に導入できる近赤外色素を開発し、変換効率をおよそ3割(3.8→4.8%)向上させることに成功しました。

有機材料が吸収できる太陽光の波長幅は小さく限られていますが、可視光領域外の近赤外領域の太陽光を吸収できる色素(近赤外色素)を高分子太陽電池に高濃度で導入することで大幅な高効率化が期待できます。しかし、導入した近赤外色素が発電に寄与するには、ドナーである高分子材料とアクセプターであるフラーレンの界面に色素が存在する必要がありますが、色素を高濃度で導入すると、界面以外の領域に散在し、発電効率がかえって低下するという課題がありました。

大北准教授らは、せっけんの親水基と疎水基を同時に持つ構造をまねて、ドナー材料と親和性の高い軸配位子注1)とアクセプター材料と親和性の高い軸配位子を同時に持つヘテロ注2)構造の近赤外色素を開発しました。その結果、色素を重量比で従来の3倍導入することができ、変換効率もおよそ3割向上することに成功しました。

今回の研究成果により、次世代の太陽電池として注目されている高分子太陽電池の限界効率を引き上げることが可能であり、実用化の目安である変換効率15%をシンプルな構造の単セル素子注3)でも実現しうるアプローチとして期待されます。

本研究は、京都大学 大学院工学研究科の徐 華君 博士研究員、玉井 康成 博士研究員、辨天 宏明 助教、伊藤 紳三郎 教授と共同で行ったものです。

本研究成果は、2015年8月27日(英国時間)に独国科学誌「Advanced Materials」のオンライン速報版で公開されます。

続きはソースで

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引用元: 【エネルギー技術】せっけんの構造をまねて高分子太陽電池の高効率化に成功 色素を高濃度で導入し、限界効率打破に貢献 京大など

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1: 2015/07/23(木) 12:44:42.03 ID:???.net
京大など、アンモニアを直接燃料とした燃料電池による発電に成功 | マイナビニュース
http://news.mynavi.jp/news/2015/07/23/130/
アンモニアを燃料とした燃料電池による発電 — 京都大学
http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2015/150722_2.html

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http://n.mynv.jp/news/2015/07/23/130/images/001l.jpg
開発したアンモニア燃料電池スタック
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直接アンモニア燃料電池は、電解質であるジルコニアの片面に取り付けた燃料極に発電の燃料となるアンモニアガスを直接供給し、反対側の空気極に空気を供給することによって、両極の間で電力を発生させる原理に基づいている。


概要

 アンモニアは炭素を含まず水素の割合が多い水素キャリアとして注目されていて、発電用燃料としての利用に期待が高まっています。その理由としてアンモニアを燃料として発電しても主に水と窒素しか排出しないことから、通常の化石燃料である炭化水素を利用した燃料電池に比較し、二酸化炭素排出量の削減効果が大きいことがあげられます。

 今回の技術はアンモニア燃料電池単セルを積層した200WクラスのSOFCスタックへ直接アンモニアを供給し、発電するものです。

続きはソースで

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引用元: 【エネルギー技術】アンモニアを燃料とした燃料電池による発電 京大など

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1: 2015/05/27(水) 07:37:07.70 ID:???.net
塗って作れる太陽電池で変換効率10%を達成 | 理化学研究所
http://www.riken.jp/pr/press/2015/20150526_1/
塗って作れる太陽電池で変換効率10%を達成 | 60秒でわかるプレスリリース | 理化学研究所
http://www.riken.jp/pr/press/2015/20150526_1/digest/

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http://www.riken.jp/~/media/riken/pr/press/2015/20150526_1/fig1.jpg
図1 PNTz4Tを発電層として用いたOPV素子の電流・電圧特性
順構造素子の発電層を厚くし、さらに逆構造素子を用いることで、電流密度が増大し、変換効率が向上した。エネルギー変換効率は、電流−電圧特性から短絡電流密度(電圧0 Vでの電流密度)と開放電圧(電流密度0 mA/cm2での電圧)、曲線因子(最適動作点での出力(最大出力))を読み取り、これらを掛け合わせることで求められる。

http://www.riken.jp/~/media/riken/pr/press/2015/20150526_1/fig2.jpg
図2 PNTz4Tを発電層として用いたOPV素子の模式図
順構造、逆構造どちらの素子においても、上部電極付近にフェイスオン配向のポリマー分子、下部電極付近にエッジオン配向のポリマー分子の割合が多い。逆構造素子では、ホールが上部電極(陽極)に向かって流れるため、よりホールを流しやすくなり、効率が向上する。


環境負荷が少ないエネルギーが話題になっています。太陽電池による発電もその1つで、なかでも有機薄膜太陽電池(OPV)は次世代太陽電池の有力な候補に浮上しています。現在、主に使われている太陽電池はガラス基板にシリコン半導体の発電層を貼ったもので、硬くて重い、設置場所が限られるなどの欠点がありました。これに対して、OPVはプラスチックや薄い金属に半導体ポリマーを塗布してつくるため、しなやかで軽く、3D曲面にすることも可能なほか、製作コストが安い、サイズを選ばないという特徴があります。ただ、エネルギー変換効率(太陽光エネルギーを電力に変換する効率)が、シリコン太陽電池の半分程度と低いため、これを向上させることが実用化に向けての最大の課題であり、変換効率10%が当面の目標値になっていました。

理研の研究者を中心とした共同研究チームはOPVで変換効率10%を達成すべく、半導体ポリマーを含む発電層や素子構造の改善に取り組みました。まず、正の電荷(正孔=ホール)を輸送する半導体ポリマーと、負の電荷(電子)を輸送するフラーレン誘導体を混合してつくる発電層を厚くしました。

続きはソースで

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引用元: 【エネルギー技術/有機化学】塗って作れる有機薄膜太陽電池 発電層を厚くし、「逆構造素子」を適用 変換効率10%を達成

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1: 2015/04/09(木) 00:53:47.92 ID:???.net
掲載日:2015年4月8日
http://jp.techcrunch.com/2015/04/08/20150407aluminum-ion/

▶ New aluminium-ion battery from Stanford - YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=ZKIcYk7E9lU



 スタンフォード大学の科学者たちがこのほどプロトタイプを開発した、折り曲げられる電池は、アルミニウム製で素早く充電でき、寿命も長くて、リチウム電池より安全(揮発性の素材ではなく、セルに穴が開いても引火しない)と言われる。したがってそのアルミニウムイオン電池により、未来の消費者電子製品はより安全になり、早く充電でき、より薄くなるだけでなく折り曲げられるようにもなる。これらはとくに、ウェアラブルにとってありがたい特性だ。

 折り曲げられるリチウムイオン電池はすでに研究開発が進んでいるが、しかしアルミニウムはコストと安全性でリチウムより有利だ。そのため、研究者たちの関心も持続している。高性能で商用製品として完成したアルミニウムイオン電池はまだ先の課題だが、スタンフォードの研究者たちは、セルの正極にグラファイト(炭素素材)を使うと良いパフォーマンスが得られることを発見した。

 彼らの電池は7500回あまりの充電に、出力の損耗なく持ちこたえたが、ほかの研究室が作ったアルミ電池は約100回の充電で寿命が尽きた。彼らはNature誌に発表した記事の中で、“超高速のアルミニウムイオン電池が数千回あまりの充電に耐える安定性を示したのはこれが初めてだ”、と述べている。

 彼らがその電池に使用しているイオン性電解液は、室温では液状の塩である。その点でもこのプロトタイプのセルは安全で、現状ではポリマーでコーティングした柔軟性のある小袋に収められている。電池の電圧は2ボルトで、これもそのほかの研究者たちがアルミニウムで達成した電圧より高い。

続きはソースで

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<参照>
Aluminum battery from Stanford offers safe alternative to conventional batteries | Precourt Institute for Energy
https://energy.stanford.edu/news/aluminum-battery-stanford-offers-safe-alternative-conventional-batteries

An ultrafast rechargeable aluminium-ion battery : Nature : Nature Publishing Group
http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature14340.html

引用元: 【電気化学】スタンフォードの科学者たちが将来有望なアルミニウムイオン電池のプロトタイプを完成…リチウムを置換か

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