バイオ燃料・エタノール・新エネルギースレ - 1227192268

1609：とはずがたり：2015/05/19(火) 11:10:25: なんだか凄そうヽ(ﾟ∀ﾟ)ノ

2015年05月14日 07時00分更新
熱エネルギーを永続保存できる蓄熱素材を発見、損失ゼロの太陽熱発電実現に期待
http://www.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1505/14/news049.html

東京大学大学院理学系研究科の大越慎一教授と筑波大学数理物質系の所裕子准教授らの研究グループは、永続的に熱エネルギーを保存できるセラミックス「蓄熱セラミックス（heat storage ceramics）」という新概念の物質を発見した。太陽熱発電システムや廃熱エネルギーの再生利用素材としての活用が期待される。
[三島一孝，スマートジャパン]

　新たに発見した物質は、チタン原子と酸素原子からできた「ストライプ型-ラムダ-五酸化三チタン」といういう物質だ。ラムダ-五酸化三チタンは2010年に大越慎一教授らにより発見された新種の結晶構造をもった酸化チタン材料で、金属的な性質を示す。今回見つかった物質は、このラムダ-五酸化三チタンがストライプ状の形状を持ったものとなる。

　研究グループでは、同物質が相転移を利用することで230kJL-1（キロジュール毎リットル）の熱エネルギーを吸収、放出できることを確認したという。この熱エネルギーの大きさは水の融解熱の約70％、エチレングリコールの融解熱の約140％に相当する大きな熱量となる。保存した熱エネルギーは60MPa（メガパスカル）という圧力を加えることで取り出すことができる（図1）。

http://tohazugatali.we b.fc2.com/epower/l_km_todai2.jpg
図1：ストライプ型-ラムダ-五酸化三チタンで発見された新概念「蓄熱セラミックス」の性質。（a）加熱により230kJL－1の熱エネルギーを蓄え、弱い圧力（60MPa）で放出する。その他に（b）電流を流す（c）光を照射するという多彩な方法でエネルギーを蓄熱できる（クリックで拡大）出典：東京大学

熱エネルギーの吸収と放出をコントロール

　ストライプ型-ラムダ-五酸化三チタンは、安定な固体無機材料だが、圧力を加えると60メガパスカル（MPa）で、ラムダ構造からベータ-五酸化三チタン（β-Ti3O5）へと相転移する（図2）。

　生成したベータ-五酸化三チタンは、200度以上の熱を与えるとラムダ構造に再び相転移し、室温に戻っても、そのままのラムダ構造を維持する。加熱することによりベータ構造からラムダ構造への蓄熱と、圧力を加えることによりラムダ構造からベータ構造への放熱を繰り返し起こせる。電流を流した場合や、光を照射した場合にも、ベータ-五酸化三チタンからラムダ-五酸化三チタンへの相転移が起こることを確認しており、多彩な方法で熱エネルギーを吸収・放出できることが特徴となる。

http://tohazugatali.we b.fc2.com/epower/l_km_todai2.jpg
図2：ストライプ型-ラムダ-五酸化三チタンの圧力印加によるベータ-五酸化三チタンへの転移と、加熱によるラムダ-五酸化三チタンへの回復の様子。（a）は一軸加圧実験の様子。（b）は相分率の圧力依存性、（c）は温度依存性を示している　出典：東京大学

取り扱いが容易で資源的にも豊富

　ストライプ型-ラムダ-五酸化三チタンは、固体材料であるため取り扱いが非常に容易な点も優れた特徴だ。また、顔料や塗料として用いられているTiO2（二酸化チタン）を還元雰囲気下で焼くだけで得られる酸化チタンの一種であるため、環境にやさしく資源的にも恵まれた材料であるため、コスト面でも経済的だといえる。

　ストライプ型-ラムダ-五酸化三チタンは今後、再生可能エネルギー利用技術としての活用が期待される。同素材を利用すれば、日中に得られた太陽熱エネルギーや溶鉱炉の廃熱エネルギーなどを効率良く蓄え、夜間発電や夜間暖房など必要な時に圧力を加えて熱エネルギーとして取り出すということが効率よく行える。さらに、感圧シートや繰り返し使用可能なカイロなどとしての応用や、感圧式の伝導度センサー、電流駆動型の抵抗変化型メモリ（ReRAM）、光記録メモリとしての応用も期待できるとしている。