米国の女子学生、卒論で“100年前の数学問題”の改善案 風力エネルギーの可能性を拡大
このコーナーでは、2014年から先端テクノロジーの研究を論文単位で記事にしているWebメディア「Seamless」（シームレス）を主宰する山下裕毅氏が執筆。新規性の高い科学論文を山下氏がピックアップし、解説する。 X： ＠shiropen2 米ペンシルベニア州立大学航空宇宙工学科に所属する大学院生のディヴィヤ・ ティヤギさんが学部生だったころに発表した卒論「Glauert’s optimum rotor disk revisited - a calculus of variations solution and exact integrals for thrust and bending moment coefficients」は、100年前の数学問題をよりシンプルかつ洗練された形を提案した。空気力学の研究を拡大して風力タービン設計における新たな可能性を開いたという。 ティヤギさんは、約1
ペロブスカイトに強力ライバル、有機薄膜が単接合変換効率20％超え
上海交通大学が2024年8月末に発表した、変換効率20.8％（認定値は20.1％） のOPVの素子構成（出所：上海交通大学の資料に日経クロステックが加筆して作成。D18-Clは英Ossila） 同大学およびその論文によれば、面積が5.2mm2の小セルで変換効率が20.8％だった。ただし、第三者機関による測定では、20.1％と認定された。実は、同大学の発表の約2カ月前の2024年6月には、中国・中国科学院 寧波材料技術工程研究所がOPVセル作成後の初期データとして20.2％を達成したと報告している。ただし、セルが安定化した後の値は18.42％だった。第三者機関による認定値で20％を初めて超えたのは、やはり上海交通大学の方だったと言える。 層ごとの成膜に先祖返り この上海交通大学のOPVで用いられている有機半導体材料は市販品とみられ、特別な工夫はしていないもようだ。20％超えを達成したポイント
日本発の65W級USB充電器、回路の工夫でSi使いGaN品をしのぐ
現在、GaN HEMTを搭載した小型ACアダプター（USB充電器）が相次いで製品化されている。GaN HEMTは、既存のSiパワーMOSFETに比べるとスイッチング損失が小さいので、変換効率が高められ発熱量を抑えられる。これで放熱対策部品を大幅に減らせるようになり、外形寸法が小型化したというわけだ。ただ、そうした製品のほぼすべてが中国メーカー発の製品である。 こうした中にあって、GaN HEMTを使わずに大幅な小型化を実現したACアダプターが登場した（図1）。製品化したのは、電源回路技術の開発に取り組むベンチャー企業のE-Power Solutions（大阪府池田市）だ。製品名は「ADAMON 65W」。入力電圧範囲はAC100～240Vで、最大出力電力は65Wである。採用したスイッチング素子は、SiパワーMOSFET でありながら、外形寸法は26.5mm×30mm×58mm（46cc）と
ついに従来のバッテリーより10倍速く充放電できる「ナトリウムイオンバッテリー」の量産が始まる
スマートフォンや電気自動車をはじめとする多くの現行製品に使用されているリチウムイオンバッテリーには、環境破壊や資源の枯渇といった問題が付きまといます。リチウムよりはるかに豊富に存在しているナトリウムを使用し、リチウムイオンバッテリーより高速で充電できる新機軸の電池「ナトリウムイオンバッテリー」の商業生産に着手したと、アメリカのスタートアップ・Natron Energyが発表しました。 Natron Energy Achieves First-Ever Commercial-Scale Production of Sodium-Ion Batteries in the U.S. | Business Wire https://www.businesswire.com/news/home/20240428240613/en/Natron-Energy-Achieves-First-Ever-C
曲がる次世代太陽電池 日本発の有望技術に中国の足音再び
軽くて曲がる「ペロブスカイト太陽電池」の実用化に向けて、日本と中国の開発競争が激しくなっている。2035年に世界の市場規模が1兆円に達するとの予測もある次世代の太陽電池だ。日本が生んだ技術だが、中国が猛追している。 ペロブスカイト太陽電池は、基板にフィルムを使うものとガラスを使うものの2種類がある。特に注目度が高いフィルム型は折り曲げられ、重さは従来の太陽電池の10分の1。建物の屋上や壁面、自動車の屋根など様々な場所に貼り付けられる。 ペロブスカイトは、ヨウ素と微量の鉛などを使った特殊な結晶構造を持つ化学材料だ。室内などの弱い光でも発電できる上に、製造技術を磨けば従来の太陽電池に比べ半分以下のコストで生産できるとの期待もある。こうした特徴や将来性を踏まえ、次世代再生エネルギーの有望技術と期待を集めている。 ペロブスカイト太陽電池の開発は、09年に桐蔭横浜大学の宮坂力特任教授らが書いた研究論
次世代原子炉「高温ガス炉」で電源喪失試験へ…原子力機構が来月、安全な停止を確認
【読売新聞】 日本原子力研究開発機構が来月、次世代原子炉「高温ガス炉」で、運転中に全電源が喪失した状態を再現し、安全に停止させる実証試験を行うことがわかった。１００％の出力で運転した時に炉の冷却機能を停止させても、炉心溶融が起きない
米研究所、核融合点火の再現に成功 無限のクリーンエネルギーに期待
（ＣＮＮ） 米ローレンスリバモア国立研究所は、核融合反応を通じて使用した量を上回るエネルギーを生み出す「点火」の再現に成功したと発表した。もしも実用化できれば、無限に近いクリーンエネルギーを世界に供給することも可能になると期待される。 ローレンスリバモア国立研究所の国立点火施設は昨年１２月、使用した量以上のエネルギーを放出する核融合点火に世界で初めて成功。同施設の今年１２月の報告によれば、今年に入り、少なくとも３回にわたって核融合点火の再現に成功した。 核融合エネルギーは実質的に、地球に降り注ぐ太陽の力を再現するもので、長年にわたって研究が続けられている。 昨年、エネルギーの純増を達成したことで、次はこのプロセスが再現できると証明することが課題となっていた。 核融合は、原子力発電所で使われている核分裂と異なり、長寿命の放射性廃棄物が残存しない。 核融合は太陽などの恒星で起きている反応で、複
“究極”のパワー半導体実現へ、筑波大がサファイアの電気伝導に室温で成功 ニュースイッチ by 日刊工業新聞社
筑波大学の奥村宏典助教らの研究グループは、絶縁体であるサファイア（酸化アルミニウム）の室温での電気伝導に成功した。サファイアはバンドギャップ（禁制帯のエネルギー幅）が大きく、高品質で安価。サファイアのパワー半導体が開発できれば、電気自動車（ＥＶ）などに搭載できる可能性がある。 奥村助教らは結晶成長の方法にプラズマを用いた「プラズマ援用分子線エピタキシー法」を採用。これを用いてシリコンを添加した５９０ナノメートル（ナノは１０億分の１）厚のα型酸化アルミニウムの薄膜に３０ボルトの電圧をかけ、１ミリアンペアを導電した。 さらに室温での膜中の抵抗値を測定したところ、半導体の性質と定義される数値（１６６オームセンチメートル）を確認した。半導体デバイスとしての実用化にはまだ多くの課題を残す。 だが、これまで絶縁体として使われていたサファイアを半導体として使うことができれば、次世代パワー半導体材料の炭化
トカマク式核融合が超小型化、MIT発ベンチャーが高温超電導でゲームチェンジ
最近の核融合発電の開発競争で最速の核融合開始計画は、今のところ米国のスタートアップであるHelion Energyで、2024年。商用発電開始は2028年で、既に米Microsoftと売電契約まで結んだ。 もっとも、Helion Energyの方式は非常に斬新で、多くの“伝統的”な核融合研究者はその実現性に懐疑的だ。彼らが指摘する課題は少なくとも2つある。具体的には、（1）想定する“燃料”が、重水素（D）とヘリウム3（3He）で、“点火”させるのにはセ氏10億度前後の高温が必要なため、非常に大きなエネルギーを投入しなければならない、（2）核融合のエネルギーをどこまで効率良く電力に変換できるか未知数、の2つである。（1）と（2）をまとめて言い換えると、核融合で発電できる電力が、核融合を起こさせるのに投入するエネルギーを大きく上回ることが容易ではないのである。 一方、核融合発電の開始予定時期が
ナトリウムイオン電池時代幕開け、関連メーカーが50社超で価格はLIBの1/2へ
「我々のナトリウム（Na）イオン電池（NIB）は、中国Chery（奇瑞汽車）の電気自動車（EV）に搭載される」――。2023年4月16日の中国CATL（寧徳時代新能源科技）による発表は、電池にとっての新時代の幕開けになった。 蓄電池の主役がニッケル水素電池からリチウム（Li）イオン2次電池（LIB）にほぼ切り替わって約10年。ここにきて、次の主役になり得る新型電池、つまりNIBが急速に台頭してきた（図1）。わずか2年前、NIBの開発、量産に取り組んでいるのは世界で数社だった。ところが、現時点ではCATLだけではなく、電池セルメーカーだけで現時点で少なくとも20社超（表1）。原材料や部材メーカーも含めると約50社（表2）注1）にのぼる。今後はさらに増える見込みだ注2）。
効率20%超で1000時間以上の太陽光連続発電を実現 | NIMS
国立研究開発法人物質・材料研究機構 (NIMS) NIMSは、太陽光に対して20%以上の光電変換効率を維持しながら、1,000時間以上の連続発電に耐える耐久性の高いペロブスカイト太陽電池を開発しました。 物質・材料研究機構 (NIMS) は、太陽光に対して20%以上の光電変換効率 (発電効率) を維持しながら、1,000時間以上の連続発電に耐える耐久性の高いペロブスカイト太陽電池 (1 cm角) を開発しました。この太陽電池は、約100 ℃でプラスチック上に作製できるため、汎用太陽電池の軽量化も可能にします。 太陽電池は脱炭素政策の一翼を担い、世界各国で精力的に研究が進められています。従来の太陽電池よりも製造コストが安く加工しやすい次世代太陽電池として、ペロブスカイト太陽電池が注目されています。しかし、ペロブスカイト太陽電池は水分との反応により劣化しやすく、高い光電変換効率と長期耐久性の両
広島大、銅上のCO2電解還元でメタンを選択的に生成する技術を開発
広島大学は9月2日、酸化銅(Cu2O)ナノキューブを厚み数nmの有機レイヤーで均一に被覆することに成功し、同レイヤーを介して銅上のCO2電解還元を行うことで、メタンを選択的に発生することを見出したことを発表した。 同成果は、広島大大学院 先進理工系科学研究科 基礎化学プログラムの梅田拓真氏、同 黒目武志氏、同 坂本歩夢氏、同 久保和幸 助教、同 水田勉 教授、同 久米晶子 准教授、韓国・成均館大学のSon Seung UK教授らの研究チームによるもの。詳細は、英国王立化学会が刊行する化学全般を扱う学術誌「Chemical Communications」に掲載された。 銅は金属の中で唯一CO2を炭化水素やアルコールに変換できる還元電極として知られている。ただし、水の還元による水素発生が競合するため効率が低下すること、過電圧が大きいこと、不純物に弱くCO2還元活性が容易に失活するということなど
ディーキン大学、水素燃料を安価で安全に運搬できる新技術を発表 - fabcross for エンジニア
豪ディーキン大学に所属する研究チームは2022年7月14日、水素を含むさまざまなガスの固体貯蔵への応用を想定した新技術を発表した。 石油や天然ガスを代替するエネルギー源として水素が注目されているが、大量貯蔵や輸送の手段は長年の課題だ。現在の貯蔵手段は、気体として高圧タンクに蓄積するか冷却して液化する必要がある。いずれの場合も処理には大きなエネルギー、危険な工程や化学物質を必要とする。 研究チームが開発した処理方法では、窒化ホウ素粉末、ガス、ステンレス鋼のボールを入れたチャンバーを高速回転させる。回転するチャンバー内では粉末、ガス、ボールが衝突することで特殊なメカノケミカル反応（機械的エネルギーを加えて起こる化学反応）が発生し、粉末がガスを吸収する。 この処理方法は、ガスを分離／貯蔵する技術において、ブレイクスルーと言えるインパクトがあり、研究者は発生した現象を確信するために、20～30回に
普通金属のみでCO2からギ酸へ高効率変換可能な光触媒、東工大などが開発
東京工業大学(東工大)と関西学院大学は9月1日、鉛-硫黄結合を有する配位高分子からなる可視光応答型の固体光触媒を開発し、貴金属や希少金属を用いない触媒として、従来にない高効率でCO2からギ酸への変換を行うことに成功したことを発表した。 同成果は、東工大 理学院化学系の鎌倉吉伸特任助教、同・前田和彦教授、関西学院大 理学部化学科の田中大輔教授らの共同研究チームによるもの。詳細は、不均一系・分子・生体などの触媒作用に関連する学問全般を扱う学際的な学術誌「ACS Catalysis」に掲載された。 植物の光合成に倣った、光エネルギーを化学エネルギーに変換する「人工光合成」は、CO2の削減に加え、CO2を資源化できるできることから、注目を集めている。 その人工光合成で重要な役割を果たすのが、CO2を有用な化学物質に変換する固体光触媒で、一般的に固体触媒は狙った反応だけを選択的に進めるのが難しい一方
理科大、全固体マグネシウム電池用の実用的なイオン伝導体の開発に成功
まず、Mg2+イオンを含む塩である「Mg(TFSI)2(TFSI-=ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド)」を、配位高分子のナノ細孔内に導入した化合物「MIL-101⊃{Mg(TFSI)2}x」が合成された。xはMg2+イオンの導入量であり、分析の結果、最大でx=1.6の量を細孔内に包接できることが明らかにされた。 またイオン伝導度の評価が、最大量のMg2+イオンを含むx=1.6の試料MIL-101⊃{Mg(TFSI)2}1.6を用いて実施。多孔性である配位高分子は、外部の蒸気などをゲスト分子として吸着することにより、物性が変化することが知られていたことから、測定試料の外部の雰囲気を完全に制御した状態で交流インピーダンス測定が行われ、各種ゲスト分子の蒸気存在下において評価が行われた。 その結果、合成した試料は室温(25℃)・アセトニトリル蒸気下で1.9×10-3S cm-1のイオン伝
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エレコム、世界初のナトリウムイオンモバイルバッテリ。従来より長寿命で安全
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NIST、より効率的に熱を電気に変換する新手法
鉄を用いたリチウムイオン電池正極材料の容量が約2倍に。低コスト化に期待
NIMS、効率20%/千時間以上の連続発電を実現する太陽電池
