筑波大ら,相転移物質で三次電池を高電圧化

著者: higa

筑波大学,群馬工業高等専門学校の研究グループは,相転移を示すコバルトプルシャンブルー類似体を配置したビーカーセル型三次電池を試作し,13℃から47℃への昇温で120mV程度の起電力の発生に成功した(ニュースリリース)。

「三次電池」は,どこにでもある室温付近の環境熱で充電される自立分散電源となる。昼夜の温度変化,日向と日陰,衣服の脱着,部屋への出入り,空調のOn/Offなど,地球上のどこにでもある,室温付近数十度の温度変化を電力に変換する「自立」型電源で,設置場所を選ばない「分散」性を有している。

自立分散電源は交換・管理が不要であり,例えば,三次電池をビル内に設置される防犯カメラの電源にすれば,昼夜の空調のOn/Offで充電され,永続的に防犯カメラを駆動し続ける。また,荷物にとりつけるGPSセンサーの電源にすれば,荷物の積み下ろし時の温度変化で充電され,永続的に位置情報を発信し続ける。

研究グループでは,これまで,コバルトプルシャンブルー類似体(Co-PBA)薄膜とマンガンプルシャンブルー類似体(Mn-PBA)薄膜を電極材料としたビーカーセル型三次電池を試作し,その動作を実証してきた。

しかし,13℃から47℃の温度変化で得られる起電力は39mVと小さく,単セルではセンサーを駆動できない。そこで,「物質の酸化還元電位は相転移の前後で不連続に変化するので,相転移物質を電極に使用した三次電池では起電力が増大する」と考え,研究開発を推進してきた。

この研究では,二種対のコバルトプルシャンブルー類似体(NaxCo[Fe(CN)6]0.82およびNaxCo[Fe(CN)6]0.90)薄膜を, 電解析出法でインジウム錫酸化物(ITO)透明電極上に製膜した。膜厚は1μm程度となる。

NaxCo[Fe(CN)6]0.82(NCF82)は,室温直上で低温相から高温相へ相転移する。他方,NaxCo[Fe(CN)6]0.90(NCF90)は低温相のままとなる。あらかじめNCF90とNCF82薄膜をAg/AgCl標準電極に対して1.01Vまで酸化し,ビーカーセル型三次電池を組み上げた。

正極,負極,電解液は,それぞれ,NCF90,NCF82,10mol/LのNaClO4水溶液となる。この三次電池において,13℃から47℃へ昇温することで,120mV 程度の起電力の発生に成功した。

また,47℃で三次電池を放電したところ,2.3mAh/gの電荷量を取り出すことができた。Co-PBAの比熱と潜熱を考慮して,熱効率は0.9%と評価された。これは,理論効率の11%に匹敵する。

今後,高機能な相転移材料を設計・開発することにより,起電力をさらに巨大化できるとしている。

キーワード:

関連記事

  • 東大と理研、量子センシングの応用に期待される薄膜振動子の作製に成功

    東京大学と理化学研究所は、エピタキシャル成長した高品質な窒化チタン薄膜を用いて、損失の少ない高性能な薄膜振動子を作製することに成功した(ニュースリリース)。 微細加工技術によって作製された機械振動子は、光やマイクロ波を用…

    2025.12.17
  • 筑波大,発光スペクトルで鉄酸化物薄膜の作成中解析

    筑波大学の研究グループは,電子デバイスなどの材料に用いる鉄酸化物薄膜の作製において,反応性スパッタ中に生じるプラズマ発光スペクトルの全波長データを機械学習で解析し,生成する薄膜の価数状態と成長速度をリアルタイムに推定する…

    2025.09.17
  • 北大,簡便な圧力制御で高性能薄膜トランジスタ開発

    北海道大学の研究グループは,危険な水素ガスや複雑な圧力制御を用いずに,電界効果移動度約90cm2 /V·sの高性能薄膜トランジスタの開発に成功した(ニュースリリース)。 近年,次世代ディスプレー用薄膜トランジスタとして,…

    2025.08.21
  • 理研,テラヘルツ波による細胞膜の相転移誘起を発見

    理化学研究所(理研)は,テラヘルツ照射が細胞膜の相転移を誘起する現象を発見した(ニュースリリース)。 THz波はマイクロ波やミリ波よりも高周波数の電磁波であり,次世代無線通信(6G)などの産業利用が期待されている。また,…

    2025.05.21
  • 理科大ら,薄膜生成時の枝分かれ現象をAIで解明

    東京理科大学,岡山大学,京都大学,筑波大学は,トポロジーと自由エネルギーを活用した機械学習(AI)解析を実施し,薄膜結晶の電気的特性に大きな影響を与える樹枝状構造の枝分かれメカニズムを明らかにした(ニュースリリース)。 …

    2025.04.16
  • 阪大,半導体材料に期待の二酸化バナジウム超薄膜化

    大阪大学の研究グループは,二次元材料のひとつである六方晶窒化ホウ素(hBN)の上に,パルスレーザー蒸着法を用いて二酸化バナジウム(VO2)の薄膜結晶を成長させ,その厚さを薄くしても性能が劣化せず,約10nmの超薄膜におい…

    2025.02.20
  • 筑波大ら,トポロジカル相からカオスへの転移を発見

    筑波大学と東京大学は、非線形なトポロジカル物質を理論的に解析することで,それがトポロジカル相からカオスへの転移を起こすことを明らかにした(ニュースリリース)。 物理学において,トポロジーの考え方は幅広く応用されている。ト…

    2025.01.30
  • 東北大ら,研磨不要のAu薄膜表面平滑化技術を開発 

    東北大学,産業技術総合研究所,関東化学は,表面が粗いAuめっき膜を平滑なAu薄膜に重ねる付加的な平滑化手法を新たに開発した(ニュースリリース)。 次世代小型電子デバイスの実装工程には,熱によるダメージや残留応力を避けるた…

    2025.01.28

新着ニュース

人気記事

新着記事

  • オプトキャリア