20/08/11 09:38:21.66 CAP_USER.net
→熱水（100℃以下）の熱エネルギーを長期に蓄えられる蓄熱セラミックスを発見しました。
→この長期蓄熱セラミックスは、圧力をかけることにより、望みのタイミングで熱エネルギーを取り出すことができます。
→火力発電所や原子力発電所、工場などで排出される廃熱エネルギーを蓄えて、有効に再利用できる可能性につながると期待されます。
■東京大学 大越慎一教授らは東京工業大学やパナソニックなどと共同で、セ氏100度以下の熱を蓄えるセラミックスを開発した。火力発電所などから出る低い温度の熱の多くは、ほとんど使われずに無駄になっている。新しいセラミックスで熱をため、廃熱の有効活用につなげたい考えだ。
研究グループは、五酸化三チタンというセラミックスで、チタンの一部をスカンジウムに置き換えた。
■発表概要
東京大学大学院理学系研究科の大越慎一教授らの共同研究グループは、38ºCから67ºCまでのお湯あるいは熱水の熱エネルギーを永続的に蓄えることができる長期蓄熱セラミックスを発見しました。この新物質はスカンジウム置換型ラムダ五酸化三チタン（λ-ScxTi3－xO5）という物質で、熱水などの100℃以下の熱のエネルギーを蓄えられ、圧力をかけることでその蓄熱エネルギーを取り出すことができます。このような低温排熱対応の長期蓄熱セラミックスは、火力発電所や原子力発電所などで排出される熱水の熱エネルギーを蓄えるのに有効です。また、工場や自動車からの廃熱を再利用するための素材としても期待されます。
本研究成果は、日本時間2020年7月2日（木）にScience Advances（サイエンス・アドバンシズ）のオンライン版で公開されました。
■発表内容
火力発電所や原子力発電所で発生した熱エネルギーの全てを電力に変換することは難しく、実際には、発生した熱エネルギーの70%は廃熱として外部に失われてしまっています。その廃熱は主に水で冷却され、熱水（100℃以下）として海水に放出されており有効に利用できていません。もし、このような廃熱を逃さずに蓄えて再利用することができれば、エネルギー効率の改善のみならず熱水を河川に放出することによる周辺環境への悪影響を防ぐことができます。
本研究では、ラムダ五酸化三チタン（λ-Ti3O5）（注１）のチタンの一部をスカンジウム（Sc）に置換したスカンジウム置換型ラムダ五酸化三チタン（λ-ScxTi3－xO5）という新物質を合成しました。この物質はアーク溶解法（注２）により合成され、λ-ScxTi3－xO5（x=0.09, 0.105, 0.108）という組成でした。Spring-8のシンクロトロンX線回折（注３）測定により、無置換のλ-Ti3O5と同じ単斜晶系（空間群C2/m）の結晶構造であることがわかりました（図１a）。また、透過型電子顕微鏡像からは、約100 nm × 200 nmのストライプ状ドメインが凝集した物質であることがわかりました。このスカンジウム置換型ラムダ五酸化三チタンは極めて高い安定性をもっており、367日（1年）後も変化しないことを確認しています。一方、このスカンジウム置換型ラムダ五酸化三チタンに圧力をかけると、瞬時にスカンジウム置換型ベータ五酸化三チタン（β-ScxTi3－xO5）への圧力誘起相転移が観測されました。（以降、λ-ScxTi3－xO5をλ相、β-ScxTi3－xO5をβ相と呼びます。）圧力をかけることによりβ相へと転移した試料の吸熱特性を調べたところ、x = 0.09の組成の試料では67 ℃に吸熱ピークが観測され、100 ℃以下の熱を吸収する固体－固体相転移型の蓄熱物質であることが明らかとなりました（図１b）。また、λ相とβ相の間の相転移は、加圧と加熱により繰り返し起こることも確認されています（図１c）。このように、本研究では低温排熱用の長期蓄熱セラミックスを見出すことに成功しました。
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