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プレスリリース

東北大、ガラス材料による全固体型潜熱蓄熱材料の創製に成功

2018/2/7 12:20
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発表日:2018年2月7日

ガラス材料による全固体型潜熱蓄熱材料の創製に成功

~生産性・耐久性に優れた熱マネージメントの要素技術開発に向けて~

【発表のポイント】

●優れた潜熱蓄熱(1))特性を有する二酸化バナジウム(VO2)を酸化物ガラスへ分散複合化した新しい全固体型潜熱蓄熱材料"VO2 分散ガラス"の創製に成功。

●VO2 分散ガラスは,酸化物ガラスの材料特性を活かすことで,加工や成形が容易かつ大量生産性・大型化に優れ,さらに貯蔵容器を必要としないことから,従来の固液相転移に基づく潜熱蓄熱材料の持つ問題を解消。

●将来的に,本研究で開発された全固体型潜熱蓄熱材料は,様々なエネルギー問題解決や宇宙開発への応用が期待される。

【概要】

東北大学大学院工学研究科応用物理学専攻の村本 圭氏(当時,大学院修士課程)と寺門信明助教,高橋儀宏准教授,藤原 巧教授らは,同大学多元物質科学研究所の鈴木 茂教授らとの共同研究により,潜熱蓄熱を示すガラス材料"VO2 分散ガラス"の開発に成功しました。賦形性や化学的耐久性に優れる酸化物ガラスと,構造相転移による優れた蓄熱性能を有する VO2 結晶を複合させた新規結晶分散ガラス材料の作製法を確立したことで,生産性に優れ,かつ貯蔵容器を必要としない全固体型潜熱蓄熱材料への応用が期待されます。

本研究成果は,英国オンライン科学誌「Scientific Reports」(2 月 2 日:英国時間)に掲載されました。

【研究の背景】

熱は身近で大量に存在するエネルギーであり,我々の生活・社会の持続的発展には,熱エネルギーの有効利用のための技術開発が重要となります。蓄熱技術は,文字通り熱を貯蓄することにより,必要に応じて熱エネルギーを空間的または時間的にシフトさせ,熱の供給と需要との間のギャップを埋めることができます。熱エネルギー利用の効率化を担う蓄熱材料は,いわば"電池の熱エネルギー版"であり,熱マネージメントの要素技術の一つとして,次世代自動車や太陽熱発電,建築などの幅広い分野において非常に注目されています。代表的な例として,水やパラフィン,糖アルコールなどは潜熱蓄熱に基づく蓄熱材料であり,PCM(Phase Change Material)とも呼ばれます。これら PCM において,固体と液体との相転移(固液相転移)の間は温度が一定に保持されるため,一定温度で熱を出し入れすることができます。このことより,太陽熱や工場・電子部品等の排熱など,間欠的に発生する熱を恒常熱源として取り出すことが可能です。一方で,従来の PCM は液相状態を介するため貯蔵容器が必要となり,加えて相変化時の大きな体積変化や液体の漏れ出しなどの懸念があります。

二酸化バナジウム(VO2)は 68℃付近で可逆的な構造相転移(固固相転移)を示し,その際に大きな潜熱を吸熱/放熱します。そして固固相転移に基づく蓄熱性能は,既存の PCMに匹敵することが報告されています。これは,相変化時には液相状態を介さす,蓄熱時の体積変化が小さいことを意味しており,VO2 は PCM として非常に有望な材料であると言えます。しかしながら,VO2結晶は粉末が主な使用形態となるため,蓄熱材料として利用する場合にはやはり貯蔵容器が必要となります。加えて,蓄熱材料の大型化や広範な応用を考えると,材料の易成形性や生産性は必要不可欠であり,これらの要請に応えるためには,全固体型の新たな蓄熱材料や作製プロセスが不可欠となります。

※以下は添付リリースを参照

リリース本文中の「関連資料」は、こちらのURLからご覧ください。

添付リリース

http://release.nikkei.co.jp/attach_file/0470779_01.pdf

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