2023-01-26 テキサス大学ダラス校(UT Dallas)
・ UT Dallas、中国・上海交通大学、韓国・漢陽大学およびリンテック・オブ・アメリカ社の Nano-Science & Technology Center が、機械的エネルギーを電気に効率的に変換する、カーボンナノチューブ(CNTs)の撚り糸を開発。
・「tiwstrons」と称される 人間の毛髪の 1/10,000 の細さの CNTs による高強度・軽量の撚り糸で、引き伸ばしたり捻ったりすることで発電する。衣服の布地に取り入れると身体の挙動で、また、海水に浸すと海洋の波動で発電し、スーパーキャパシタの充電も可能。
・ 2017 年開発の前身の twistrons では、作製時に過剰な捻りを加えることで高弾性を付与。新twistrons では、3 本の CNTs 繊維を全て同方向に編み合わせた。
・ 新 twistrons による引っ張りエネルギーの捕獲では 17.4%、ねじりエネルギーでは 22.4%のエネルギー変換効率をそれぞれ実証。2～120Hz の広い周波数範囲で、他の材料ベースの機械的エネルギーのハーベスターに比べて高い単位重量当たりのエネルギーを提供する(前身の twistrons による両エネルギー捕獲のピークエネルギー変換効率は 7.6%)。
・ 引き伸ばし時の CNTs 同士の密接による高密度化が新 twistrons の優れたエネルギー捕獲能力の鍵。この点の詳細について、理論・実験の両研究者による大規模なチームが調査を進めている。
・ 塩水で満たした水槽の底と風船の間に twistrons を取り付けた海洋波動発電のシミュレーションや、複数の twistrons を撚り合わせて配列した 3.2mg のアレイの引き伸ばしの繰り返しによるスーパーキャパシタの充電と小型 LED やデジタル時計等への給電の概念実証試験を実施した。
・ また、twistrons を縫い付けた綿布を肘に巻き付けて繰り返し曲げることで電気信号を発生させ、身体挙動のセンシングとエネルギー捕獲の可能性も実証。
・ 本技術について特許出願済み。本研究には、米国海軍(USN)、米国空軍科学研究局(AFOSR)、ウェルチ財団、米国立科学財団(NSF)および米国エネルギー省(DOE)が資金を提供した。
URL: https://news.utdallas.edu/science-technology/carbon-nanotube-yarn-2023/
＜NEDO海外技術情報より＞
関連情報
Nature Energy 掲載論文(アブストラクトのみ：全文は有料）
Mechanical energy harvesters with tensile efficiency of 17.4% and torsional efficiency of 22.4% based on homochirally plied carbon nanotube yarns
URL: https://www.nature.com/articles/s41560-022-01191-7
Abstract
Improved methods are needed for harvesting mechanical energy. Coiled carbon nanotube yarns, termed twistrons, use stretch-induced changes in electrochemical capacitance to convert mechanical energy to electricity. Elongation of the yarn produces such large lateral Poisson’s ratios that the yarns are highly stretch densified, which contributes to harvesting. Here we report plied twistrons, instead of coiled, which increase the energy conversion efficiency of the yarns from 7.6% to 17.4% for stretch and to 22.4% for twist. This is attributed to additional harvesting mechanisms by yarn stretch and lateral deformations. For harvesting between 2 and 120 Hz, our plied twistron has higher gravimetric peak power and average power than has been reported for non-twistron, material-based mechanical energy harvesters. We sew the twistrons into textiles for sensing and harvesting human motion, deploy them in salt water for harvesting ocean wave energy and use them to charge supercapacitors.
