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成果報告書詳細
管理番号20170000000575
タイトル平成26年度ー平成28年度成果報告書 エネルギー・環境新技術先導プログラム トリリオンセンサ社会を支える高効率MEMS振動発電デバイスの研究
公開日2017/7/6
報告書年度2014 - 2016
委託先名技術研究組合NMEMS技術研究機構
プロジェクト番号P14004
部署名イノベーション推進部
和文要約件名:平成26年度ー平成28年度成果報告書 エネルギー・環境新技術先導プログラム「トリリオンセンサ社会を支える高効率MEMS振動発電デバイスの研究」
本事業は、エネルギー・環境新技術先導プログラムの中で、平成27年3月より平成29年2月までの2年間で実施したものである。本事業は2020年には年間一兆個のセンサを消費する「トリリオンセンサ社会」を想定して開発したものである。トリリオンセンサ社会においてはセンサ端末には電池や配線による電力供給ではなく自立電源が必須となる。このような社会を想定して、本事業では超高効率な自立電源、特に環境振動で発電するデバイスの開発に取り組んだ。本事業では、静電エレクトレット型振動発電に着目し、a)固体イオンを用いたエレクトレットによる高効率発電、および、b)電極間にイオン液体を導入することによる容量増大による効率向上により、オーダーレベルでの発電効率向上を狙ったものである。固体イオンエレクトレットにおいては、種々のMEMS構造のエレクトレット発電素子を試作し、目標値である1mW以上の発電に成功した。また、実際に想定されるアプリケーションとして、交通インフラおよびオフィス・工場での振動環境を計測して、実際のアプリケーションマップを作成し、今後のトリリオン社会で飛躍的に市場が伸びていくことを印象づけた。また、振動発電には他の圧電方式や電磁方式等あり、方式によらず広く普及していくための標準化活動も併せて実施した。本取り組みは、1年目の成果を踏まえ平成27年12月に実施されたステージゲート審査に合格し、2年目を最終年度として取り組み終了時目標を達成したものである。2年間にわたり、月一回の頻度で、研究会を実施し研究開発の進捗状況の共有化及び課題についての取り組みの整合等を密に行った。また、研究推進委員会を年3回程度実施し今後の取り組みの方向性の検討等を実施した。それらを踏まえて、関連機関への情報発信や展示会展示等を実施した。今後は本格研究(IoT推進の横断型技術開発プロジェクト)において、工場やプラントでの自立型センサ端末用の電源として継続して開発していく予定である。
英文要約Title:Energy and Environment New Technology Leadership Program. A Study on High Efficiency MEMS Micro Energy Harvesters (EH) for Trillion Sensor Society (FY2015-2016) Final Report
This report summarizes the R&D activities performed within the framework of the “Energy and Environment New Technology Leadership Program” entrusted by NEDO, Japan over the two-year period from March 2015 to February 2017.
This project was designed to develop the technologies needed for the trillion-sensor era expected to arrive by 2020, a turning point when we begin consuming more than a trillion electronic sensors worldwide in a single year. The most vital elements of the tiny-sensor environment to come are the so-called energy harvesters, autonomous power sources that harness power from the environment without the aid of battery cells or power cables. Among the various types of energy harvesters realized and conceived, our group is developing a vibrational-type harvester with high conversion efficiency.
Specifically, our project focuses on an electret type energy harvester that produces electrical power from mechanical vibration through electrostatic induction. The power conversion efficiency can be further improved by using a) a high-density electret based on solid ions and b) the large electrical capacitance of an ionic liquid inserted between the electrodes.
The most representative outcome of this project is the successful development of a 1-mW-class energy harvester based on solid-ion electrets. We measured environmental vibrations in several work environments selected for potential application of the wireless sensors ーtraffic infrastructures, offices, industrial factories, etc.ー to produce an application roadmap to predict the rising demand of the trillion sensors society in the coming years. We also performed administrative activities for the standardization of energy harvester devices of various types such as electrostatic, piezoelectric, electromagnetic, etc.
This project has been evaluated by the first-year stage-gate organized in December 2016 and will advance to the completion of the task goals by the end of the second year. Team meetings are organized at least once a month over the two-year project period to self-monitor the progress and enhance communication within the group. We also hold executive briefings for the committee members three times a year, along with exhibitions for publicity. Part of the project is being further continued under a full-scale project, “Cross-Technology Research and Development Project for IoT Propulsion,” and the energy-harvesting technologies developed are deployed practically as energy sources for autonomous wireless sensors for an industrial factory and plant.
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