伸縮・折曲できる振動発電素子を実現――NIMSと産総研、静電気を貯める液体を開発

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開発した液体エレクトレット材料(左)と伸縮・折り曲げ可能な発電振動素子(中・右)

物質・材料研究機構(NIMS)は2019年9月30日、産業技術総合研究所と共同で、静電気を半永久的に貯められる液状のエレクトレット材料を開発したと発表した。

エレクトレット材料は、電極との距離の変化で電圧を発生できる荷電体材料。振動や圧力刺激を電気信号に変換する振動発電素子などへの応用が期待されている。しかし、これまでのエレクトレット材料は固形やフィルム状の素材が使用されていたため、複雑な形状に変形できず柔軟性も低かった。

そこで研究グループはポルフィリンという有機化合物を、柔軟性・絶縁性に優れる分岐アルキル鎖によってコーティングすることで、常温の液体でありながら安定的に電荷を保持できる材料を開発。この材料に高電圧をかけて静電気を帯電させた後、伸縮性のある布地に含浸させ、ポリウレタンの間に銀メッキ繊維で配線した柔らかい電極で挟むことで、伸縮性があり折り曲げることも可能な振動発電素子を作製した。

振動発電素子は表面を指で押すと±100~200 mVの電圧出力が得られ、少なくとも1カ月半以上、安定的に駆動したという。

今後については、エレクトレット材料の静電気の保持能力を向上させ、素子への加工技術の改良を図ることで、医療現場での利用を目指すとしている。また電圧―電流変換回路や蓄電池の一種であるキャパシタなどと組み合わせ、振動で発電するIoTデバイス用の電源としての活用も視野に入れて開発を進める計画だ。

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