発電と冷却で省エネ化に貢献する
[研究テーマ] エナジーハーベストと電気熱量効果を利用した冷却素子
音を鳴らす技術から発電へ
ブザーやソナーなどに用いられている、電気的な振動を機械的な振動に変換するのが「圧電素子」です。私はセラミックを用いた圧電素子によって、電気エネルギーを機械エネルギーに変える研究に取り組んできました。
一方、圧電素子には機械の振動を電気に変える特性もあります。この点に注目して、これまでとは逆に振動から発電をする研究・開発に取り組むようになりました。セラミックや水晶などの圧電体に圧力を加え振動させることで、電荷が発生します。これが「圧電効果」で電力を生み出す源となる仕組みです。発電に必要なのは「振動」のみというクリーンエネルギーでもあります。
これまでになかった視点で電力を生み出すことができるのが、この研究の魅力とやりがいです。身の周りにある振動を効率的に利用する装置を考えることが、電源供給の可能性を広げることに繋がります。
一方、圧電素子には機械の振動を電気に変える特性もあります。この点に注目して、これまでとは逆に振動から発電をする研究・開発に取り組むようになりました。セラミックや水晶などの圧電体に圧力を加え振動させることで、電荷が発生します。これが「圧電効果」で電力を生み出す源となる仕組みです。発電に必要なのは「振動」のみというクリーンエネルギーでもあります。
これまでになかった視点で電力を生み出すことができるのが、この研究の魅力とやりがいです。身の周りにある振動を効率的に利用する装置を考えることが、電源供給の可能性を広げることに繋がります。
環境のエネルギーから電力を生み出すエナジーハーベスト
発電所や電線といった電力インフラがない場所でも電池や無線送電などによる電力供給は可能ですが、電池切れや伝達時の損失などにより、不安定です。
そこで自然エネルギーによる電力供給に注目が集まっています。当研究室では振動に加え、熱利用による発電にも取り組んでいます。振動や熱といった身の周りの現象から電力を取り出す——これが「エナジーハーベスト」です。技術の発展に伴い、携帯電話などの電子機器は少ない電力で動作するようになってきました。エナジーハーベストによって生み出される電力は電力インフラに使えるレベルには達していませんが、センサネットワークに使われるような小型の素子を動かすには十分です。
大規模な電力供給インフラ、電池やモバイルバッテリーに続く第三のエネルギー供給源となるエナジーハーベストについて、ともに考えていきましょう。
そこで自然エネルギーによる電力供給に注目が集まっています。当研究室では振動に加え、熱利用による発電にも取り組んでいます。振動や熱といった身の周りの現象から電力を取り出す——これが「エナジーハーベスト」です。技術の発展に伴い、携帯電話などの電子機器は少ない電力で動作するようになってきました。エナジーハーベストによって生み出される電力は電力インフラに使えるレベルには達していませんが、センサネットワークに使われるような小型の素子を動かすには十分です。
大規模な電力供給インフラ、電池やモバイルバッテリーに続く第三のエネルギー供給源となるエナジーハーベストについて、ともに考えていきましょう。
冷却の省エネ化を探る
省エネという観点から、「冷却」に視点を変えてみましょう。冷却には、実はたくさんのエネルギーを必要とすることをご存じでしょうか。
例えば、家庭においては、電気冷蔵庫とエアコンの電気使用量を合わせると、世帯当たりの消費電力量の20％以上を占めるという調査結果があります。
こうした冷却にかかわるエネルギーを低減させるため、「電気熱量効果もしくは弾性熱量効果による冷却」という研究に取り組んでいます。強誘電体の電気の偏り方や形状記憶合金の原子の並び方がバラバラになるときに、周囲から熱を吸収するという仕組みに注目しています。
強誘電体としては、セラミックや単結晶、ポリマーなどといった多様な材料が検討されており、当研究室では各種セラミックを用いてどれだけ冷却効果が見込めるのか、基礎的な実験を重ねています。
例えば、家庭においては、電気冷蔵庫とエアコンの電気使用量を合わせると、世帯当たりの消費電力量の20％以上を占めるという調査結果があります。
こうした冷却にかかわるエネルギーを低減させるため、「電気熱量効果もしくは弾性熱量効果による冷却」という研究に取り組んでいます。強誘電体の電気の偏り方や形状記憶合金の原子の並び方がバラバラになるときに、周囲から熱を吸収するという仕組みに注目しています。
強誘電体としては、セラミックや単結晶、ポリマーなどといった多様な材料が検討されており、当研究室では各種セラミックを用いてどれだけ冷却効果が見込めるのか、基礎的な実験を重ねています。
