Campo de prevención/mitigación de desastres(energía)Principales logros de
alto rendimientoDesarrollando pilas de combustible de próxima generación
En este campo, hemos establecido K-§MART, una base de desarrollo para tecnología de implementación social que respalda el desarrollo tecnológico y la generación de resultados más allá de las regiones y permite la realización de una sociedad súper inteligente.
Uno de los pilares del "desarrollo de dispositivos de energía distribuida" es el desarrollo de pilas de combustible de próxima generación de alto rendimiento. El platino se utiliza comúnmente como catalizador para el electrodo de aire (electrodo positivo) de PEFC (pilas de combustible de electrolito de polímero) y otros dispositivos, pero como es un metal precioso y caro, es importante maximizar el efecto con la mínima cantidad de platino. Estamos desarrollando nuevos catalizadores. Para reducir la cantidad de platino utilizada, la superficie del catalizador se recubre con un líquido iónico y se están llevando a cabo esfuerzos para optimizar el entorno externo en las facultades técnicas, principalmente la Facultad Nacional de Tecnología de Nara, la Facultad Nacional de Tecnología de Wakayama y la Facultad Nacional de Tsuruoka. Facultad de Tecnología (colaboración GEAR) y universidades. Esto se lleva a cabo en colaboración con institutos públicos de pruebas e investigación. En consecuencia, la situación actual esLa actividad de masa (valor actual por unidad de masa de platino) es dos veces mayor que la de los catalizadores disponibles comercialmente y también se mejora la durabilidad.En el futuro, continuaremos realizando mejoras adicionales 3x o 4x, y nuestro objetivo será ponerlo en práctica.
células solaresSin metales raros
A medida que aumenta la demanda de células solares, existe preocupación por la falta de Si (silicio) de alta pureza y la falta de recursos de materias primas para semiconductores compuestos, incluidos metales raros, con el fin de lograr la introducción a gran escala de células solares para lograr neutralidad de carbono. Por lo tanto, en este campo, estamos desarrollando células solares libres de metales raros basadas en Cu₂ZnSnS₄ (CZTS) y Cu₂SnS₃ (CTS), que están hechas de elementos con recursos relativamente abundantes, en cooperación con colegios técnicos y universidades. Células solares CTS, principalmente en la Facultad Nacional de Tecnología de Miyakonojo,Características de conversión fotoeléctrica mejoradas.Además de encontrar algo que hacer,Mayor generación de energía con baja iluminancia.Seguimos con el desarrollo de tecnologías elementales que mejoran las características en diversas áreas.
Además, además de la tecnología de producción de células solares, hemos desarrollado nuestra tecnología de proceso de producción de películas delgadas a partir de "morrallas", un depósito ampliamente distribuido en el suelo del sur de Kyushu.Película delgada con alto rendimiento antivaho (sin empañamiento)También estamos desarrollando Se espera que esta película delgada se aplique a endoscopios, cámaras de vehículos, etc., y también se espera que suprima la caída de producción de las células solares.
Centrándonos en las baterías de almacenamiento,tecnología energética de próxima generacióndesarrollar
Como baterías para vehículos eléctricos, que se espera que sean aún más populares en el futuro,Desarrollo de nuevas baterías con líquidos iónicos resistentes a los cambios de temperatura y con bajo riesgo de igniciónEstamos considerando. Aunque no podemos proporcionar información detallada, estamos considerando diseñar una batería que aproveche las ventajas de los materiales a base de fosfonio desarrollados mediante la colaboración entre la Facultad Nacional de Tecnología de Nara y la Facultad Nacional de Tecnología de Wakayama. Centrándonos en la red de la Facultad Nacional de Tecnología de Nara, la Facultad Nacional de Tecnología de Wakayama y la Facultad Nacional de Tecnología de Tsuruoka, que se han unido en el campo de las pilas de combustible, seguiremos desarrollando la tecnología en las facultades técnicas y trabajaremos junto con las autoridades nacionales. institutos de investigación, universidades y empresas con el objetivo de su aplicación práctica en el futuro. También estamos desarrollando materiales de cátodos orgánicos para su uso en baterías de almacenamiento de estado sólido, principalmente en la Facultad Nacional de Tecnología de Yonago, y esperamos contribuir a la aplicación práctica de una variedad de baterías de almacenamiento.
Entrevista al líder de la unidad Hirohisa Yamada Profesor asociado, Departamento de Materiales e Ingeniería Química, Nara National College of Technology
¿Qué piensa sobre la energía en la prevención y mitigación de desastres?
Las fuentes de energía distribuida, como las pilas de combustible, las células solares y las baterías de almacenamiento, son importantes para la prevención y mitigación de desastres, más que para la generación de energía a gran escala. Se instalarán fuentes de energía distribuida para energía primaria y secundaria en edificios y hogares, que se producirán y consumirán localmente. Para crear una sociedad así, decidí crear una infraestructura de investigación en esta unidad.
Además, aunque es difícil publicar de inmediato los resultados de la investigación y el desarrollo relacionados con la energía en el mundo como implementación social, al menos durante el período de GEAR 5.0, las tecnologías elementales se transferirán a NEDO (Corporación Nacional de Investigación y Desarrollo de Nuevas Energías). e Instituto de Desarrollo de Tecnología Industrial). Decidimos emitir juicios basados en estándares nacionales como los Institutos Nacionales de Salud y Bienestar de Japón (Japón), y queríamos llevar nuestros productos a una etapa en la que las empresas pudieran evaluarlos.
¿Qué opinas de la situación de las fuentes de energía distribuidas en Japón?
La generación de energía distribuida en sí no es tan nueva. Creo que el concepto de ciudades inteligentes ha estado atrayendo la atención desde principios de los años 2000, pero a diferencia de la investigación sobre las baterías de litio, que ya se han puesto en práctica en PC y teléfonos móviles, las pilas de combustible se conocen desde la era de la exploración espacial. y no se han utilizado ampliamente en la vida civil. Aunque se había puesto en uso práctico, hubo problemas con su uso generalizado.
Sin embargo, ahora también se están instalando en los automóviles. También estamos trabajando en el proyecto GEAR con el objetivo de contribuir a un mayor uso generalizado. Es un muro alto, pero quiero superarlo.
¿Cuáles fueron los puntos clave en la creación de la infraestructura de investigación?
La característica única de esta unidad es que hemos profundizado nuestros campos de investigación al incluir no solo a estudiantes sino también a jóvenes investigadores.
La hoja de ruta actual de NEDO establece varios objetivos por etapas hasta 2040, pero incluso un solo catalizador requiere no solo química sino también tecnología elemental de otros campos como el análisis matemático. Queríamos reunir nuestras capacidades técnicas y crear una plataforma donde cualquier interesado pudiera trabajar en ello. Pensamos en crear esa base usando GEAR 5.0.
La colaboración como escuelas técnicas no se limita a la tecnología elemental. Compartir equipos también es un punto importante. Al compartir de forma remota el equipo avanzado administrado centralmente por Nara National College of Technology, crearemos un "KOSEN Commons" donde 51 escuelas técnicas en todo el país puedan satisfacer las necesidades de cada región, y una red que respalde esta colaboración: "OneKOSEN NET. " Pensé. Cinco estudiantes de la carrera también estuvieron a cargo de los asistentes docentes (TA) del equipo GEAR 5.0, trabajando junto con los estudiantes para considerar cómo operarlo.
En el futuro, al colaborar con las universidades técnicas para avanzar en el desarrollo tecnológico de manera integrada, adquiriremos la propiedad intelectual original de las universidades técnicas y, en última instancia, formaremos un consorcio que pueda colaborar con varias empresas, etc., utilizando esta propiedad intelectual como núcleo. que quiero hacerlo.
Las fuentes de energía distribuida en las que hemos trabajado en este campo incluyen pilas de combustible, células solares y energía de próxima generación.
Creo que esto se debe a que la unidad es gruesa. Además de los resultados mencionados al principio de este artículo, por ejemplo, hemos llevado a cabo el "desarrollo de bombas de calor geotérmicas de alta eficiencia" principalmente en la Facultad Nacional de Tecnología de Tomakomai.
El "desarrollo de bombas de calor geotérmicas de alta eficiencia" es una forma de aumentar la eficiencia de las bombas de calor que transportan calor geotérmico a la tierra para hacer un mayor uso de energía renovable para complementar la calefacción, que tiene una gran demanda, especialmente en las regiones frías. como Hokkaido. Para la implementación social, no solo estamos investigando las bombas de calor, sino también el flujo de aire en los sistemas de calefacción y refrigeración, y estamos analizando la relación entre la energía térmica obtenida y la energía consumida (COP), y la relación entre la energía térmica obtenida y el total. entrada de energía al sistema: el porcentaje de energía procedente de bombas de calor (SCOP) ha alcanzado ya un valor que está a un paso del objetivo final.
¿Qué opinas de los programas educativos y los esfuerzos de desarrollo de recursos humanos?
Además de AT, en respuesta a las necesidades locales, participamos en un evento de concientización sobre el hidrógeno realizado en Nara junto con Wakayama National College of Technology, y un evento relacionado con los ODS patrocinado por el Nara Club, equipo de fútbol que se unió a la J League en 2023. Dado que el tema de "N.FES" era el hidrógeno, participamos en colaboración con el ámbito de la energía y el medio ambiente.
Los estudiantes parecieron sentirse estimulados al interactuar con personas de todas las edades, incluidos niños pequeños. Interactuamos con la gente local sobre una variedad de temas, incluyendo no solo en qué estamos trabajando con GEAR 5.0, sino también las máquinas utilizadas para investigación y desarrollo y la escuela técnica misma, y algunos estudiantes dijeron que les gustaría asistir al evento nuevamente. .
Creo que "enseñando a otros" se puede entender cómo utilizar el conocimiento. Los estudiantes están acostumbrados a que les enseñen después de tomar muchas clases, por eso quería que pudieran pensar por sí mismos y asumir la responsabilidad de enseñar al estar en un puesto de docente. Esta es también la experiencia que obtuve como asistente técnico.
Además del consorcio, ¿tiene otros objetivos para el futuro?
Como he mencionado hasta ahora, hemos investigado y desarrollado varias tecnologías elementales en este campo. Por eso nos gustaría visualizarlos como un "resultado colectivo" en forma de gemelo digital.
Un gemelo digital es un método que permite realizar simulaciones lo más cercanas posible a la realidad mediante la recopilación de diversos datos y su reproducción como un espacio físico en una computadora. En algunas plantas de fabricación de universidades técnicas, se están introduciendo gemelos digitales utilizando impresoras 3D de metal.
Al presentar las tecnologías elementales de este campo como gemelos digitales, podremos simular, por ejemplo, cuánta energía se puede proporcionar a una casa o cuánto se puede mejorar el rendimiento de una pila de combustible cambiando algunos parámetros. a
También nos gustaría presentar gemelos digitales a futuros consorcios. Al crear un entorno para el desarrollo colaborativo entre la industria, la academia y el gobierno, nos gustaría crear un círculo virtuoso y completar la red de escuelas técnicas.
Comentarios de estudiantes
Departamento: Ingeniería de Materiales, estudiante de 2º curso
Lo que sentí que creció durante GEAR5.0 fue la prueba y error en la investigación. Debido a la naturaleza de los objetos que se midieron en mis experimentos, cosas comunes como el agua y el oxígeno a menudo interferían con las mediciones. Mejorar esto significó no solo enfrentar los resultados, sino también mejorar las herramientas experimentales, así que fui al taller del campus para ajustar el equipo experimental. Creo que esta experiencia la obtuve al continuar realizando mis propios experimentos, que no se pueden obtener mediante experimentos de estudiantes. Esta experiencia me ha inspirado a pensar en formas de superar los problemas en lugar de rendirme cuando tropiezo con los resultados.
Departamento: Ingeniería de Materiales, estudiante de 2º curso
Al realizar una investigación, primero me centré en si estaba satisfecho o no con los resultados. A medida que suben las calificaciones, tengo muchas oportunidades de presentar en conferencias académicas y hablar con maestros y personas de último año, y siento que he crecido y me resulta interesante poder tener gradualmente una discusión más amplia.
Dado que soy un especialista en este campo, me preocupaba si podría transmitir este atractivo a mis jóvenes, pero por otro lado, a menudo me inspira ver a mis jóvenes trabajar tan duro. Creo que pude construir relaciones con estos estudiantes que se ayudaron mutuamente a mejorar y que pude tomar iniciativa en mis acciones.