太陽光を活用した高効率水蒸気発生材料の開発 ～多孔質グラフェンを用いた太陽熱エネルギーの高効率利用へ～

太陽光を活用した高効率水蒸気発生材料の開発～多孔質グラフェンを用いた太陽熱エネルギーの高効率利用へ～

2015年6月17日 15:00

東北大学原子分子材料科学高等研究機構の伊藤良一助教、陳明偉教授らは、3次元構造を持つグラフェンを用いた高性能な水蒸気発生材料を開発しました。

太阳光は无尽蔵に生み出されるクリーンなエネルギー源として古くから活用されており、种々の分野で活用されています。近年は、太阳光を直接电気エネルギーに変换する太阳电池の研究、実用化が进められています。しかしながら、この场合の太阳光エネルギーの利用効率は特殊な场合を除いて、20～30％台であり、太阳光を有効に活用する技术が求められています。一方、太阳热温水器やヒートポンプ等の太阳光を热エネルギーとして活用する方法や太阳光を集光することで媒体を高温に加热して発电に使用する太阳热発电も试みられています。

本研究は、3次元多孔质グラフェンを太阳热温水器の集光材料に使用することで、太阳光の热エネルギーを効率よく吸収し、さらにその热エネルギーが局所的に集中することで、反射镜やレンズ等の集光装置を用いることなく、水から水蒸気を発生させることに成功しました。太阳光で加热された水は比重差による対流现象や热伝导によって热が拡散し、温度が均一化に向かうために热水は保持されません。しかし、本研究に用いた3次元构造を有する多孔质グラフェンでは、そのミクロサイズの孔内に捕らわれた水が集中的に加热されて热が拡散することなく容易に高温化できることから、水蒸気への変换効率を従来の56％（グラファイト粉を用いた材料）から80％に高めることに成功しました。

この成果は、太阳光の热エネルギーが従来の用途に加えて、蒸発?浓缩の用途にも简単に活用できることを示した事例であり、例えば、海水から纯水の精製、汚染水の浓缩?浄化等の种々の用途に适用できると期待されます。

本研究は国立研究開発法人科学技術振興機構（JST）戦略的創造研究推進事業 CREST「エネルギー高効率利用のための相界面科学」研究領域（研究総括：笠木伸英）、および文部科学省の新学術領域研究「原子層科学」の一環として行われたもので、ドイツの科学雑誌「Advance Materials」に平成27年6月16日（現地時間）にオンライン掲載されました。