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雷蓄電から電気自動車への
固体電子蓄電の開発
東北大学
未来科学技術共同研究センター
エネルギ―安全国際科学研究センター
客員教授
早稲田大学 ナノ理工学研究機構
グリーンデバイス研究所 奨励研究員
福原 幹夫
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従来技術とその問題点
既に実用化されているものには、
１．電気化学的起電力法による湿式電池（二次電池、
電解コンデンサー、燃料電池等）
２．電気二重層利用による電気二重層キャパシター
等があるが、
１．電圧～4V、瞬間蓄電不可、Li等による発火、
環境破壊問題、原料の地球的遍在
２．電圧～4V、 常温付近の使用温度、エネルギー
密度低い
等の問題があり、産業革命の足枷になっている。
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新技術の特徴・従来技術との比較
本発明は“物理的電池”であるため
• 従来技術の問題点であった、軽量固体による
瞬時充電を改良することに成功した。
• 従来は溶液使用の点で常温付近の使用に限
られていたが、-200～+200℃まで性能が維
持できたため、寒冷、高温地帯での使用も可
能となった。耐電圧性も1,000 Vまである。
• 本技術の適用により、安価で低密度の健康金
属が使用できるため、製品コストが1/2～1/3
程度まで削減されることが期待される。
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想定される用途
• 本技術の特徴を生かすためには、弱電蓄電
体製品に適用することで軽量携帯・長時間蓄
電への発展が大きいと考えられる。
• 上記以外に、重電蓄電分野（例えば電気自動
車等）への発展も期待される。
• また、達成された瞬時蓄電に着目すると、雷
蓄電や送電線廃止といった分野やその応用
分野に展開することも可能と思われる。
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実用化に向けた課題
• 現在、乾式蓄電について瞬時蓄電が可能なと
ころまで開発済み。しかし、積層化による巨大
電気容量確認が未解決である。
• 今後、積層化について実験データを取得し、
種々の弱電、強電分野に適用していく場合の
条件設定を行っていく。
• 実用化に向けて、材料表面の精度をナノ―
メートル寸法まで向上できるよう技術を確立す
る必要がある。
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企業への期待
• 未解決の積層化については、MEMS(微小電
気機械システム）の技術により克服できると考
え、実際研究に着手している。
• 液晶製造の技術を持つ、企業との共同研究を
希望。
• また、軽量携帯蓄電池を開発中の企業、次世
代移動体分野への重電蓄電分野への展開を
考えている企業には、本技術の導入が有効と
思われる。
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本技術に関する知的財産権
• 発明の名称：蓄電材料及び該蓄電材料を用いた電
子部品出願番号
特開2012-253321
出願人
：東北大学
発明者
：福原幹夫
• 発明の名称 ：絶縁性の高比表面性を持つ蓄電材
料及び該蓄電材料を用いたコンデンサー
特願2013-208610
出願人、発明者 ：福原幹夫
その他：配付資料に載せていない未公開特許がある
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産学連携の経歴
• 2012年-2014年 JST ALCA 蓄電デバイス領域に採択
• 2015年-2016年 JST A-STEP シリーズ顕在化タイプに
採択
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お問い合わせ先
東北大学
産学連携推進本部事業推進部
コーディネーター 青田康典
ＴＥＬ 022－217－ 6045
ＦＡＸ 022－217－ 6047
e-mail liaison＠rpip.tohoku.ac.jp
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電気容量
ƐA
C= d
“物理的”「乾式蓄電池」
アモルファス合金のナノトンネル
d
A
結晶では1 nm以
下の制御限界
d を小さくする
e: 誘電率（~ 300)
１．クラスター間への水素強制嵌入
原子孔へ
の蓄電
電極間と容量との関係
３桁上昇
電荷蓄電量を増大化させるには
２桁減少
2．De-alloying Al
Si
拡大図
Si-Al
Fukuhara et al.,EuroPhys.Lett., 99, 47001
(2010)
3．陽極酸化によるナノポア
Ni-Nb-Zr-H 系アモルファス合金
Fukuhara et al.,Appl. Phys. Lett., 96, 043103
Fukuhara et al., Phys. Stat. Sol. RRL,7, 477
(2013)
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ビデオで蓄電量の1分間
の減衰を実証
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研究の背景
未来の電力貯蔵・応用システム
直流方式
交流方式
太陽光 宇宙送電
水力 風力
原子力
地熱
潮力
太陽電池
実現できて
いないもの
大型用途
固体小型化・高蓄電化
_
＋
小バッテリー
送電線の廃止・高蓄電化
車で搬送
蓄電基地
次世代大・小容量蓄電コン
デンサ送配電ネットワーク
スマートグリッド（次世
代送電網）社会に貢献
_
＋
大バッテリー
小型・軽量・携帯用途
皮膚装着型
バイオセンサ用
グリーンイノベーション（低炭素化）対応
船で搬送
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埋め込み型
臓器モニタリング用
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