KBNNO:太陽光、熱、動きを同時に電気に変換可能な新材料!

身の回りには、太陽光、部屋の熱、自身の動きなど、色々なエネルギー源が存在します。その通常無駄にされている全てのエネルギーは、生体認証センサーからスマートウォッチに至る携帯・装着電子機器を動かすのに使える可能性があります。現在、フィンランドにあるオウル大学の研究者達は、ペロブスカイト結晶構造を持つ鉱物が、同時に複数のソースからエネルギーを取り出すのに適した特性を有している事を発見しています。

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ペロブスカイト

Material can turn sunlight, heat and movement into electricity — all at once

ペロブスカイトは、ミネラルの一種で、その多くは、一度に1~2種類のエネルギーを取り込むことが期待されていますが、同時にではありません。1つの種類は、太陽光を電気に効率よく変換するのに適した性質を持っているので、太陽電池用途に向いています。一方で、他は、動きから生じる、温度差や圧力差からエネルギーを取り出し可能で、それらを、それぞれ、所謂焦電気性物質と圧電性物質にしています。しかし、折に触れて、1つの種類のエネルギーでは十分ではありません。与えられたエネルギー形態がいつも利用可能だとは限らないからです。例えば、曇であったり、会議中で自由に動き回れない状況下だったりします。他の研究者たちは、複数形態のエネルギーを利用可能なデバイスを開発していますが、それらは、複数の材料を必要とし、小型・形態機器であるはずの物をかさばらせてしまっています。

KBNNO

今週、AIP PublishingのApplied Physics Letters誌で、オウル大学のヤン・バイ氏と彼の同僚等は、多くのエネルギー形態を利用可能なKBNNOと呼ばれる特殊なペロブスカイトに関する彼等の研究を説明しています。全てのペロブスカイト同様、KBNNOは、強誘電体で、磁石における微小磁針に似た、微小電気的双極子で満たされています。

KBNNOは、Ba, Ni co-modified KNbO3 nanocrystals = バリウム、ニッケル共修飾KNbO3ナノ結晶で、KNbO3 = Potassium Niobate:ニオブ酸カリウムみたいです。

When ferroelectric materials like KBNNO undergo changes in temperature, their dipoles misalign, which induces an electric current. Electric charge also accumulates according to the direction the dipoles point. Deforming the material causes certain regions to attract or repel charges, again generating a current.

‘KBNNOのような強誘電材は、温度変化を経験すると、それらの双極子は配列が狂い、その結果電流が生じます。電荷は、同時に双極子が指し示す方向に従って蓄積されていきます。物質が変形する事で、特定領域が電荷を引き寄せたり反発させて、再び電気を発生させます。’

焦電性と圧電性

以前の研究者達は、KBNNOの光電池と一般的な強誘電特性を研究してきましたが、極低温でそれを行っていて、温度や圧力に関連する性質には焦点を当てませんでした。今回の新しい研究は、室温より上の温度で、同時にこういった性質を世界で初めて評価しています。

実験は、KBNNOが、熱と圧力から電気を発生させるにはまあまあである一方で、他のペロブスカイトに比べると見劣りすることを明らかにしました。しかし、恐らく、最も前途有望な発見は、研究者が、焦電気性(加熱で電気が起こる)と圧電性を向上させるために、KBNNOの組成を変更可能である事かもしれません。”全てのこういった性質は、限界点まで調整することが可能です。”と、彼等の同僚等と共に、KBNNOをナトリウムで下処理する事で、そういった改良材を既に探求しているバイ氏は言いいました。

翌年以内に、バイ氏は、彼が、複数エネルギー収穫デバイスの試作品を作成することができることを望んでいると言っています。デバイスの製造工程は単純なので、いったん研究者等が最適な材料を特定できれば、ほんの数年のうちに商品化に漕ぎ着けることができます。

この種の材料は、携帯機器電池を補完し、エネルギー効率を向上させ、充電回数を減らしてくれるはずです。いつの日か、複数エネルギー収穫が、電子機器の電源の必要性を取り去り、小型デバイス用電池を過去の遺物にしてくれるかもしれません。

この新素材を使っても、電池はいるみたいですが、将来的には、電源も電池さえも必要なくなる日がくるかもしれないみたいです。外部からの電気投入が必要ないというのは凄い事です。

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