省エネルギー研究部門

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研究グループ

熱流体システムグループ

極低温(約-250℃)から高温(約10000℃)に渡る広範囲な温度レンジを対象に省エネルギーに貢献する新たなエネルギー機器の開発要素技術の確立を目指し、以下の研究に取り組んでいます。

  1. 液体水素利用技術開発、定置型水素エネルギー利用システム開発
  2. 固体高分子形燃料電池、水電解装置の要素技術開発
  3. プラズマによる流体制御技術開発
  4. 非熱プラズマを用いた着火・燃焼促進技術の開発
キーワード
液体水素、水素システム、燃料電池、水電解、流体制御、燃焼技術、プラズマ
非熱プラズマ放電像 バリア放電形成化学種の質量分析
(計測標準部門との共同実施)
PIV計測によるバリア放電プラグ誘起流動 火炎伝播支援シミュレーション
(筑波大学西岡研との共同実施)

熱利用グループ

省エネルギーと未利用エネルギーの積極的な活用による低炭素社会を実現するためには、種々のエネルギーシステムで発生する熱流体現象を解明し、エネルギーを極限まで活用する高度な熱利用・熱管理技術を確立する必要があります。このため、共晶物質探索を含む潜熱蓄熱技術開発、ナノスケール制御による沸騰・熱輸送技術開発や、革新熱流動可視化計測技術開発などの先導的基盤技術や計測・制御技術の開発から、排気再循環型SOFC、地中熱ヒートポンプを含む高度熱輸送システムなどのシステム開発、産業排熱実態調査に至るまで幅広く研究を実施しています。また、連携大学院運営を通じた次世代技術者養成にも尽力しています。

キーワード
潜熱利用技術(蓄熱、沸騰冷却)、冷凍・空調技術、熱交換器、流れの可視化、固体酸化物形燃料電池(SOFC)





シャーベット氷
(シルクアイス)

船上で魚を急速冷却
鮮度保持を実現
船上搭載型製氷機『海氷』


(株)ニッコー北海道立工業技術センター、産総研北海道センターとの共同開発
[ 第14回産学官連携功労者表彰 経済産業大臣賞受賞 ]

熱電変換グループ

熱電変換技術は、半導体や金属等を利用した直接エネルギー変換技術です。身の回りにある熱(温度差)を利用して発電したり、逆に電気を利用して過熱や冷却が出来ます。タービンや圧縮機を使用せず、固体素子だけで発電や冷却が実現でき、構造が単純でメンテナンス不要な高い信頼性のシステムが実現できます。

当グループでは熱電変換材料の高性能化と低コスト化を目指し、材料物性の基礎研究から材料合成プロセス、熱電モジュール試作・評価などに加え、実用化に向けたモジュール性能評価技術や発電ユニット開発、さらには将来的に必要とされるモジュール評価の国際標準化に向けた活動など、幅広い研究開発

キーワード
熱電変換、熱電材料、熱電モジュール、廃熱回収発電

ビスマスナノワイヤーの
ホール係数測定技術
   
ローンペアを持つ結晶構造の探索

ナノ構造を内包した高性能テルル化合物と
これを利用した熱電発電モジュール

エネルギー界面技術グループ

リチウムイオン二次電池等の電力エネルギーの貯蔵デバイスは、これまでモバイル機器用途に多用されてきましたが、電気自動車等への搭載による運輸部門の低炭素化や、再生可能エネルギー由来の電力平準化のてめの定置利用など、用途拡大による電力エネルギーの更なる利用効率の向上が期待されています。

エネルギー界面技術グループでは、電力貯蔵デバイス中の材料界面で生じる現象の解明と制御を通じ、高性能デバイスの設計・開発を目指した研究を行っています。

特に、様々な材料合成技術の駆使により、ナノ構造の制御を行うことで、表面積の拡大と安定化およびイオン種の拡散距離の短縮による高性能化を目指しています。また、軟エックス線放射光分光を含む高度な計測手法を活用し、電池材料の結晶構造と電子構造の詳細な理解に取り組んでいます。

キーワード
リチウムイオン電池、ナトリウムイオン電池、リチウム空気電池、リチウムレドックスフロー電池、ナノ構造制御、電極材料、 固体電解質材料、軟エックス線分光、熱分析

グループの研究活動領域の広がり:ナノ構造制御材料の合成、二次電池の製作、電気化学的特性評価、放射光エックス線分光など

エネルギー変換技術グループ

エネルギーの電力化が加速する中、高効率なエネルギー変換技術の開発が求められています。当グループでは、高温作動のエネルギー変換デバイスに注目し、化石燃料やバイオマスなど種々の燃料を高効率に電力に変換する固体酸化物形燃料電池(SOFC)、再エネ等の余剰電力を高効率かつ高付加価値な燃料に変換する固体酸化物形電解セル(SOEC)に注力し、研究開発を実施してきました。特に、SOFCの耐久性・信頼性向上や規格標準化に対する取り組みでは、企業や大学と連携し、公的研究機関として主要な役割を担っています。今後も、固体イオニクス現象をベースとして更なる高効率エネルギー変換デバイスについて、材料からシステムまで総合的に研究開発を実施することで、エネルギー資源の有効利用に貢献します。

キーワード
エネルギー変換デバイス、固体酸化物形燃料電池(SOFC)、固体酸化物形電解セル(SOEC)、固体イオニクス

モデル電極/モデル界面を用いた電極反応/物質移動解析技術の開発
   

固体酸化物型燃料電池
(リバーシブル型)

エネルギー貯蔵技術グループ

エネルギー利用の電力化が加速しており、一次エネルギーからの電力発生・電力利用の両面でエネルギーの効率向上・有効利用が大きな課題となっています。当グループでは、電力を貯蔵する技術や利用する技術を中心に、レドックスフロー電池やリチウムイオン電池等の電気化学デバイスの開発、およびそれらの評価技術の開発、超電導を利用した機器技術開発等を進め、省エネルギーおよびエネルギー有効利用、および安全性・信頼性向上を目指します。

キーワード
レドックスフロー電池、リチウムイオン電池、超電導電気機器

リチウムイオン電池の
発熱特性評価装置
   
小型レドックスフロー電池
(デモ機)
   
超電導電力ケーブル(三相)

ターボマシングループ

低炭素社会に向けて、資源エネルギーの有効利用を図っていくため、コンパクトながら大量の熱流体を取り扱える高性能なガスタービン、ターボチャージャーなどターボ機械に関わる以下の研究開発を行っています。

  1. タービンを用いた各種エネルギー機器のシステム解析
  2. 熱流体の各種デバイス・制御技術
  3. ターボ機械要素の材料・プロセス技術

これらの課題に取り組みながら化石資源依存度を抑制しつつ自然エネルギーを取り込んでいく最適な方法を模索します。また、再生可能エネルギーに関連するターボ機械について、再生可能エネルギー研究センターと協力して研究開発を進めています。

キーワード
ガスタービン、ターボチャージャー、耐熱材料、能動デバイス、システム解析

R&D for drone

Flow control technology by DBD plasma actuator

エンジン燃焼排気制御グループ

自動車メーカが直面している「競争前領域」の「共通課題」等、自動車業界のニーズを正確に捉え、エンジン燃焼と排出ガス浄化に関する先進技術の開発に向けた基礎的および先導的研究を行います。また、次世代エンジンシステムの実用化に資する研究開発を実施し、運輸部門の石油依存度低減に貢献します。さらに、自動車燃料に係わる国内外標準化を継続的に推進します。

キーワード
エンジン、内燃機関、燃料、噴霧、燃焼、排ガス浄化触媒、標準化

エンジン燃焼と排出ガス浄化に関する先進技術の研究開発

次世代自動車エンジン研究ラボ

自動車技術に関する協調領域の研究課題に対して,分野融合によりオール産総研として取り組み,日本の産業競争力強化に貢献します。従来のエンジン燃焼や排気後処理関連だけでなく,システム制御,分析,システム評価,材料技術等を専門とする研究者等にも幅広く参加を呼びかけ,産総研におけるエンジン技術の結集を図り,自動車メーカと協力してエンジンシステムの環境適合技術のスピードアップを目指します。

キーワード
エンジン、内燃機関、燃料、噴霧、燃焼、排ガス浄化触媒、標準化、システム、制御

エンジン研究の課題マップ

エネルギーナノ工学研究ラボ

単層カーボンナノチューブ薄膜などのナノ材料創成技術によって、ナノチューブ薄膜を正極透明電極かつホール輸送層としたペロブスカイト型太陽電池や有機薄膜太陽電池などが実現しています。ナノ材料合成技術と微細加工による表面創製技術、熱電発電技術、マイクロ流動可視化技術、ミクロ結晶制御技術を融合することで、革新的なエネルギーデバイスの技術領域を確立します。

キーワード
カーボンナノチューブ、カーボンナノチューブ/シリコン太陽電池、ペロブスカイト型太陽電池、有機薄膜太陽電池、ナノ工学



固体酸化物エネルギー変換先端技術ラボ

酸化物を電解質として使った高温電気化学デバイスとして、固体酸化物形燃料電池(SOFC)や高温水蒸気電解(SOEC)があります。当ラボでは、 省エネルギー研究部門 (エネルギー・環境領域)と 無機機能材料研究部門 (材料・化学領域)が中心となって、これらデバイスの高性能化技術や革新・先端技術を開発しています。また、固体酸化物エネルギー変換先端技術コンソーシアム (ASEC) での中心的な役割も果たし、企業との共同研究を推進しています。

  1. SOFC-SOEC関連の先端技術を開発:従来比10倍以上の高活性電極材料創製、セルスタック創成・製造技術開発、評価技術開発
  2. 新規な高効率エネルギー変換デバイスの創製
  3. 産総研内の様々な領域の研究者を結集
  4. 産総研と企業、大学、研究機関などをつなぐイノベーションハブ機能としての役割
キーワード
固体酸化物形燃料電池(SOFC), SOEC, 固体電解質、エネルギー変換
High performance SOFC cathode

TEM image pf cathode(left) and oxide ion diffusion path(right)

 
High performance SOFCs fabrication


最終更新日 2018.6.1