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東大、自動車用の蓄熱セラミックスの開発に成功

2019/9/18 18:00
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発表日:2019年9月18日

自動車用の蓄熱セラミックスの開発に成功

-弱い圧力で熱を放出!-

1.発表者:

大越 慎一(東京大学大学院理学系研究科 化学専攻 教授)

所 裕子(筑波大学数理物質系 教授)

中川 幸祐(東京大学大学院理学系研究科 化学専攻 特任助教)

吉清 まりえ(東京大学大学院理学系研究科 化学専攻 特任助教)

賈 方達(東京大学大学院理学系研究科 化学専攻 博士課程学生)

生井 飛鳥(東京大学大学院理学系研究科 化学専攻 准教授)

2.発表のポイント:

◆弱い圧力で瞬時に熱を放出できる、新しい蓄熱材料を開発しました。

◆本研究で開発したブロック型ラムダ五酸化三チタンは、長時間熱エネルギーを蓄えることができ、必要なタイミングで、弱い圧力を加えるだけで、熱を取り出すことができる蓄熱セラミックスです。

◆ブロック型ラムダ五酸化三チタンは、自動車の熱エネルギーを有効利用して初動時などの燃費向上につながる蓄熱材料や、太陽熱発電所の蓄熱システムとしての応用が期待されます。

3.発表概要:

東京大学大学院理学系研究科化学専攻の大越慎一教授らの共同研究グループは、長期間熱エネルギーを蓄えることができ、弱い低い圧力を印加することにより蓄熱エネルギーを取り出すことのできる高性能な蓄熱セラミックスを見出しました。開発された蓄熱セラミックスは、ラムダ型五酸化三チタンと呼ばれる結晶構造で、粒子がブロック型形状を取ることから、ブロック型ラムダ五酸化三チタン(Block-type λ-Ti3O5)と名付けられました(注1)。このブロック型ラムダ五酸化三チタンの蓄熱量は、固体-液体相転移物質に匹敵する237kJL‐1という大きな値です(水の融解熱の約70%、エチレングリコールの融解熱の約140%)。開発した蓄熱セラミックスの最大の特徴は、弱い圧力を加えることでベータ五酸化三チタン(注2)への相転移を誘起することにより、蓄えた熱エネルギーを放出することができることです。圧力誘起相転移は数メガパスカル(MPa)からはじまり、7MPa(70気圧)でラムダ構造の割合が半分まで減ります。70気圧という圧力は、市販の7m3圧力ボンベの圧力の半分程度であり、固体における圧力誘起相転移においては最も弱い圧力です。このような長期エネルギー保存と、低圧力印加による熱放出が一つの材料で実現できた理由は、二つの安定相(ラムダ型構造とベータ型構造)を持つことと、その二つの相の間に適切な低いエネルギー障壁が存在することに由来しています。

長期的なエネルギー保存が可能な蓄熱材料は、不要な排熱を吸収して熱エネルギーとして再利用する部材としての活用が期待されています。特に自動車においては、運転中に放出されてしまう熱エネルギーを有効に活かして燃費を上げるため、エンジンやマフラーなどの部品周りへ装着が期待されていますが、実装可能な圧力機構という観点から、10MPa以下の圧力で放熱できることが望ましいとされています。本研究で開発した蓄熱セラミックスは、自動車用の蓄熱材料として有効であると期待されます。また、本材料は、長期潜熱蓄熱と顕熱蓄熱の両方の特性を備えているため、太陽光発電所の蓄熱システムに有用であることが期待されます。

※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

https://release.nikkei.co.jp/attach_file/0519025_01.pdf

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