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環境発電ハンドブック

~電池レスワールドによる豊かな環境低負荷型社会を目指して~

環境発電の原理・材料技術から、導入メリットが期待される分野への応用・実例を詳説。周辺技術・市場動向についても1編を割き、研究開発に即役立つ書!

商品概要

略称
環境発電
商品 No.
bk3230
発刊日
2012年11月01日(木)
ISBN
978-4-86469-047-8
体裁
B5判,444頁
価格
50,328円(税込)
発行
エヌ・ティー・エス
問い合わせ
(株)R&D支援センター TEL:03-5857-4811 MAIL:info@rdsc.co.jp
監修
鈴木 雄二 東京大学 大学院工学系研究科 機械工学専攻 教授
【編集委員】(五十音順)
篠原 真毅 京都大学 生存圏研究所 教授
竹内 敬治 (株)NTT データ経営研究所 社会・ 環境戦略コンサルティング本部 シニアスペシャリスト
中寺 和哉 (株)村田製作所 技術・事業開発本部MIRAI プロジェクト課
宮崎 康次 九州工業大学 工学部 機械知能工学研究系 教授
著者
鈴木 雄二 東京大学 大学院工学系研究科 機械工学専攻 教授
山本 淳 (独)産業技術総合研究所 エネルギー技術研究部門 熱電変換グループ グループ長 燃料電池システムグループ グループ長
山口 真史 豊田工業大学 大学院工学研究科 教授/国際太陽エネルギー学会 太陽電池部門長/科学技術振興機構(JST)・CREST/「太陽光を利用した独創的クリーンエネルギー生成」研究総括/新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)/「太陽光発電次世代高性能技術開発プロジェクト」プロジェクトリーダー
篠原 真毅 京都大学 生存圏研究所 教授
堀口 睦弘 (株)村田製作所 技術・ 事業開発本部 商品開発統括部 商品開発2 部 主任
一木 正聡 (独)産業技術総合研究所 集積マイクロシステム研究センター ネットワーク MEMS 研究チーム 研究チーム長
神野 伊策 神戸大学 大学院工学研究科 機械工学専攻 教授
桑野 博喜 東北大学 大学院工学研究科 ナノメカニクス専攻
安野 功修 (財)小林理学研究所 圧電物性デバイス研究室 主任研究員
萩原 啓 日本放送協会 放送技術研究所 撮像・ 記録デバイス研究部 専任研究員
森澤 義富 旭硝子(株) 中央研究所 特別研究員
柏木 王明 旭硝子(株) 中央研究所 主席
田中 優実 九州大学 大学院工学研究院 応用化学部門 准教授
上野 敏幸 金沢大学 理工学域 電子情報学類 准教授
八馬 弘邦 (株)KELK 取締役 熱電発電事業推進室長
田中 哲史 (株)KELK 基盤技術部
藤本 慎一 (株)KELK 基盤技術部 主査
舟橋 良次 (独)産業技術総合研究所 ユビキタスエネルギー研究部門 ナノ機能合成グループ 主任研究員
中村 孝則 (株)村田製作所 技術・ 事業開発本部 次世代技術研究所 上級研究員
塩見淳一郎 東京大学 大学院工学系研究科 機械工学専攻 准教授
宮﨑 康次 九州工業大学 工学研究院 機械知能工学研究系 教授
早瀬 修二 九州工業大学 大学院生命体工学研究科 教授
平 健一 スフェラーパワー株式会社 恵庭事業所 品質保証部長
藤田 孝之 兵庫県立大学 大学院工学研究科 電気系工学専攻 准教授
青柳 誠司 関西大学 システム理工学部 機械工学科 教授
松井 康浩 湘南メタルテック株式会社 代表取締役
川原 圭博 東京大学 大学院情報理工学系研究科 電子情報学専攻 講師
阪口 啓 大阪大学 大学院工学研究科 電気電子情報工学専攻 情報通信工学部門 准教授
髙橋 勉 長岡技術科学大学 工学部 機械系 教授
伊藤 寿浩 (独)産業技術総合研究所 集積マイクロシステム研究センター 副研究センター長・Macro BEANS 連携研究体長
渡辺 実 ラピスセミコンダクタ(株) 生産本部 デバイス開発部 担当課長
鈴木 貴志 (株)富士通研究所 環境・ エネルギー研究センター 主管研究員
河本 邦仁 名古屋大学 大学院工学研究科 化学・ 生物工学専攻 教授
万 春磊 名古屋大学 大学院工学研究科 化学・ 生物工学専攻 河本研究室 助教
王 寧 中国電子科技大学
高馬 悟覚 (株)富士通研究所 環境・ エネルギー研究センター
壷井 修 (株)富士通研究所 環境・ エネルギー研究センター主任研究員
宇賀神 守 日本工業大学 電気電子工学科 教授
島村 俊重 日本電信電話(株)知的財産センタ 権利化担当 担当課長
原田 充 日本電信電話(株) NTT マイクロシステムインテグレーション研究所 スマートデバイス研究部 ワイヤレス通信回路研究グループ グループリーダ 主幹研究員
森村 浩季 日本電信電話(株) NTT マイクロシステムインテグレーション研究所 スマートデバイス研究部 新通信回路研究グループ グループリーダ 主幹研究員
唐沢 慶一 コーンズテクノロジー(株) 電子部品事業部副事業部長/ 電子部品営業部グループマネジャー
斉藤 豊 (株)タキオン 専務取締役 技術統括部長
内田 大道 オムロン(株) 技術・ 知財本部応用開発センタ センタ長
松浦 圭記 オムロン(株) 技術・ 知財本部応用開発センタ
藤原 博 (株)ネクスコ東日本エンジニアリング 開発部 研究主幹/ 法政大学兼任講師/ 早稲田大学非常勤講師
堀尾 裕磨 ヤマハ(株) 研究開発センター 副センター長
西 秀敏 マイクロペルト 日本オフィス カントリー・マネジャー
古川 実 日本電業工作(株) 事業開発部第1 事業開発グループ グループ長
板垣 一美 ドイツテレコムAG ヴァイスプレジデント
鈴木 一実 (株)アルティマ 技術統括部 ソリューション3 部 部長
齋藤 弘通 東京コスモス電機(株) 技術開発部 ワイヤレスユニット ゼネラルマネージャー
濱﨑 利彦 広島工業大学 大学院工学系研究科 情報システム科学専攻 教授
村谷 政充 ルネサスエレクトロニクス(株) マーケティング本部 汎用システム統括部 新市場開拓部 担当課長
新谷 浩造 東京エレクトロンデバイス(株) 新事業推進部 プロダクトマーケティング担当 副参事
竹内 敬治 (株)NTT データ経営研究所 社会・ 環境戦略コンサルティング本部 シニアスペシャリスト
書籍・DVDの内容
第1編 総論 環境発電の意義 〈鈴木雄二〉
1.環境発電とは
2.身の回りに存在するエネルギー源とエネルギー変換
3.環境発電のアプリケーション
4.環境発電の導入メリット
5.国内外における環境発電関連の研究開発状況
6.まとめ
 
第2編 環境発電の原理
第1章 振動発電の原理〈鈴木雄二〉
1.環境振動を使った発電
2.環境振動の特性
3.振動発電器の力学的特性
4.振動エネルギーから電気的エネルギーへの変換
5.広帯域振動周波数への対応
6.まとめ
第2章 熱電発電〈山本 淳〉
1.はじめに
2.熱発電の原理と応用
第3章 光発電〈山口真史〉
1.はじめに
2.光発電(太陽電池)の原理
3.太陽電池の種類と高効率化の必要性
4.各種太陽電池の研究開発動向
5.太陽電池および太陽光発電の今後の展望
第4章 電磁波発電と無線電力伝送〈篠原真毅〉
1.はじめに
2.電磁波→電気変換技術
3.電磁波の送電まで含めたシステム設計
4.まとめ
 
第3編 環境発電の材料技術
第1章 振動発電
1.バルク圧電材料〈堀口睦弘〉
  1.圧電セラミックス
  2.圧電セラミックスによる環境発電
  3.圧電セラミックスの発電性能
  4.環境振動からの発電
  5.圧電セラミックスの最先端技術
2.化学溶液法による圧電膜の作製〈一木正聡〉
  1.圧電体の化学溶液法による作製
  2.化学溶液法による膜の特性
  3.化学溶液塗布法の得失と今後の展開
3.スパッタ法による圧電薄膜形成技術〈神野伊策〉
  1.圧電薄膜材料と圧電MEMS
  2.スパッタ法によるPZT圧電薄膜の成膜技術
  3.PZT 圧電薄膜の結晶構造
  4.非鉛KNN 圧電薄膜の成膜技術
  5.まとめ
4.窒化アルミニウムによるマイクロ振動発電〈桑野博喜〉
  1.はじめに
  2.AlN 圧電薄膜を用いた振動発電デバイス設計の考え方
  3.AlN 圧電薄膜環境発電デバイス作製例
  4.まとめ
5.圧電ポリマー〈安野功修〉
  1.はじめに
  2.高分子の圧電気について
  3.振動発電のための材料
  4.まとめ
6.ポリマー・エレクトレット〈鈴木雄二〉
  1.エレクトレットとは
  2.エレクトレットの表面電荷密度,安定性
  3.ポリマー・エレクトレット
  4.まとめ
7.アモルファスフッ素樹脂を用いたポリマーエレクトレット〈森澤義富・柏木王明〉
  1.はじめに
  2.エレクトレットの膜作成と評価方法
  3.CYTOPTM のエレクトレット特性
  4.含フッ素ポリマーのエレクトレット性能評価
  5.ナノクラスタ形成による電荷保持性能の向上
  6.エレクトレット用CYTOPTMEGG グレード
  7.まとめ
8.無機エレクトレット材料〈萩原  啓〉
  1.はじめに
  2.成膜方法
  3.表面処理
  4.耐熱性
  5.アプリケーション
  6.まとめ
9.イオン伝導を利用したセラミックエレクトレット材料〈田中優実〉
  1.はじめに
  2.イオン伝導性セラミックスとは
  3.イオン伝導体の電気物性評価
  4.イオン伝導性セラミックスの分極処理
  5.分極状態の評価
10.エレクトレットの荷電技術〈萩原 啓〉
  1.はじめに
  2.コロナ放電
  3.電子ビーム
  4.光電離を用いた荷電技術
  5.その他
  6.まとめ
11.磁歪材料〈上野敏幸〉
  1.はじめに
  2.鉄ガリウム合金(Galfenol)
  3.発電の原理と特徴
  4.発電器の評価
  5.応  用
第2章 熱電発電
1.Bi2Te3 系熱電材料〈八馬弘邦/田中哲史/藤本慎一〉
  1.はじめに
  2.材料の製造プロセス
  3.熱電発電のための材料設計
2.酸化物熱電材料を用いた熱電発電〈舟橋良次〉
  1.はじめに
  2.熱電モジュールとカスケード構造
  3.発電鍋
  4.アフリカにて
  5.まとめ
3.積層型酸化物熱電モジュール〈中村孝則〉
  1.熱電モジュールの形態
  2.積層型酸化物熱電モジュール
  3.積層型酸化物熱電モジュールの応用
4.熱電変換材料の設計:第一原理に基づく格子熱伝導率解析〈塩見淳一郎〉
  1.はじめに
  2.ナノスケールの格子熱伝導
  3.フォノン輸送解析
  4.より現実的な材料の解析に向けて
  5.まとめ:マルチスケール格子熱伝導解析
5.ナノ構造を用いた熱電材料〈宮﨑康次〉
  1.はじめに
  2.超薄膜
  3.超格子構造
  4.ナノワイア
  5.ナノポーラス
  6.ナノ結晶熱電材料
  7.ナノコンポジット
  8.まとめ
第3章 光発電
1.透明導電膜が不要な色素増感太陽電池〈早瀬修二〉
  1.平面型TCO-less バックコンタクト型色素増感太陽電池(flat TCO-less DSC)
  2.円筒型バックコンタクトTCO-less 色素増感太陽電池
  3.まとめ
2.3次元受光可能な球状太陽電池〈平 健一〉
  1.スフェラー(R) テクノロジー
  2.12 セルアレイ
  3.アレイモジュール
  4.ドームモジュール
  5.まとめ

第4編 応 用
第1章 圧電薄膜の振動発電特性評価〈神野伊策〉
1.圧電薄膜を用いた振動発電素子
2.薄膜材料の圧電特性評価技術
3.PZT およびKNN 圧電薄膜の振動発電特性評価
4.金属基板上PZT 薄膜の振動発電評価
5.転写エピタキシャルPZT 薄膜の振動発電評価
第2章 MEMS エレクトレット振動発電システム 〈鈴木雄二〉
1.はじめに
2.MEMS エレクトレット発電器の試作
3.発電器単体の評価実験
4.無線センサノードの試作と評価実験
5.まとめ
第3章 共有電極を用いたMEMS エレクトレット発電器〈藤田孝之〉
1.はじめに
2.選択的荷電手法
3.共有電極構造
4.評価結果
第4章 フリンジ場利用エレクトレット振動発電器〈青柳誠司〉
1.はじめに
2.FEM による原理確認
3.原理確認デバイスの作製と発電実験
4.最終デバイスの作製と発電実験
第5章 超磁歪材料を用いた振動発電機の開発 〈松井康浩〉
1.超磁歪材料(Giant-magnetostrictivematerial)とは
2.T-D の特長
3.T-D の物理的,機械的性質
4.T-D に期待される用途例
5.磁歪の基本式
6.逆磁歪発電
7.逆磁歪式振動発電機開発の具体例紹介
8.逆磁歪式振動発電機の長所/短所と今後の課題
第6章 電波を用いた環境発電〈川原圭博〉
1.はじめに
2.電波からの環境発電
3.環境電波からの給電と技術課題
4.環境電波を用いた無線センサネットワーク
5.まとめ
第7章 センサネットワークへの無線給電〈阪口 啓〉
1.はじめに
2.ワイヤレスグリッド
3.950MHz帯周波数スペクトル
4.センサノードのハードウェア構成
5.無線給電の設計項目
6.無線給電の回線設計
7.無線給電のカバレッジ拡大技術
8.無線給電の特性評価
9.無線給電で駆動するバッテリレスセンサの例
第8章 流れによる振動を利用した発電〈高橋 勉〉
1.流れエネルギーの利用
2.環境発電に利用できる流動誘起振動現象
3.流れによる振動発電に関係する諸問題
4.流動誘起振動発電の可能性と期待
第9章 超低消費電力センサネット〈伊藤寿浩〉
1.はじめに
2.片方向通信とイベントドリブン
3.超低消費電力無線センサノード
4.短電文化のための受信機技術
5.まとめ
第10章 室内用途に向けた色素増感太陽電池〈渡辺 実〉
1.室内環境光を利用したエネルギーハーベスティング
2.色素増感太陽電池
3.色素増感太陽電池によるエネルギーハーベスティング
4.今後の展望
第11章 光/熱エネルギーから発電する有機ハイブリッド素子〈鈴木貴志〉
1.はじめに
2.光/熱発電を切り替えられるハイブリッド発電素子の原理
3.光/熱エネルギーから発電する有機ハイブリッド素子の作製と特性
4.光/熱エネルギーから発電する有機ハイブリッド素子の応用
5.まとめ
第12章 色素増感太陽電池と熱電素子のハイブリッド発電〈河本邦仁/万 春磊/王 寧〉
1.はじめに
2.ハイブリッドデバイスの作製と評価
3.発電特性
4.まとめ
第13章 ガラスモールドへのナノパウダー埋め込みを用いた熱電変換素子〈高馬悟覚/壷井 修〉
1.マイクロ熱電変換素子とその課題
2.マイクロモールド法とエアロゾルデポジション法を用いた微細熱電対の作製方法
3.感光性ガラスモールドを用いたマイクロ熱電変換素子構造
4.まとめ
第14章 nW無線センサノード〈宇賀神守/島村俊重/原田 充/森村浩季〉
1.はじめに
2.nW無線センサノードの構成
3.サブナノワット電源管理回路
4.サブナノワット振動検出回路
5.まとめ

第5編 実例
第1章 ワイヤレス通信とバッテリメンテナンスコストを削減するシンプルな環境発電の設置〈唐沢慶一〉
1.はじめに
2.インストールは楽しくない
3.ギガワットの発電所で,なぜミリワットの発電が必要か?
4.まとめ
第2章 腕時計における振動発電〈斉藤 豊〉
1.歴史的背景
2.各製品の技術と特徴
3.今後
第3章 エレクトレット振動発電デバイス〈内田大道/松浦圭記〉
1.はじめに
2.振動発電デバイスの考案
3.デバイスの構成と出力設計
4.デバイスの試作と性能
5.応用に向けた取り組み
6.まとめ
第4章 環境発電による道路モニタリングシステム〈藤原 博〉
1.はじめに
2.“夢シス”の特徴と構成
3.のり面モニタリングシステムの例
4.ゴム支承反力測定システムの例
5.“夢シス”で使用する環境発電システム
6.まとめ
第5章 熱電変換式エネルギーハーベスタの提案〈堀尾裕麿〉
1.はじめに
2.独自のBi2Te3系熱電材料
3.熱電変換(熱発電)のための材料技術
4.熱電変換モジュールの開発
5.応用システム例
6.まとめ
第6章 半導体MEMS技術を用いた超小型熱電発電デバイス〈西 秀敏〉
1.はじめに
2.マイクロペルトの熱電発電デバイス
3.熱電発電デバイスと無線センサノード
4.熱電発電デバイスのアプリケーション
5.まとめ
第7章 電波エネルギーハーベスティング〈古川 実〉
1.電波エネルギーハーベスティングの概要
2.受電可能な電波エネルギー量
3.電波エネルギーハーベスティングの原理
4.製品例
5.想定される利用シーン
6.まとめ
第8章 EnOceanアライアンス〈板垣一美〉
1.EnOceanエネルギーハーベスティング無線スイッチ・センサ
2.EnOceanアライアンスの目的
3.EnOceanアライアンスとEnOceanの位置づけ
4.日本におけるEnOceanアライアンスの活動
 
第6編 周辺技術と市場動向
第1章 環境発電のための無線技術〈鈴木一実〉
1.環境発電と低消費電力無線通信技術
2.低消費電力無線の技術アプローチ
3.WiFi方式の低消費電力化
4.Bluetooth,Zigbee等の低消費電力化
5.まとめ
第2章 超低消費電力のIEEE802.15.4無線〈齋藤弘通〉
1.はじめに
2.IEEE802.15.4無線規格
3.IEEE802.15.4無線モジュール
4.センサネットワーク評価キット
5.まとめ
第3章 EnOcean無線規格〈板垣一美〉
1.EnOceanエネルギーハーベスティング無線スイッチ・センサのコンセプト
2.EnOcean無線通信デバイス
3.EnOceanワイヤレスデバイスの周波数対応
4.EnOcean無線通信の位置づけ
5.ISO/IEC標準化
6.EnOceanワイヤレスデバイスの導入実績・アプリケーション例
第4章 マイクロ電力マネジメント〈濱﨑利彦〉
1.はじめに
2.センサ端末の基本構成
3.の構造部ヘルスモニタリング
4.無線ネットワーク・クラスタの積層型トポロジ
5.無線ネットワークのデータレートと消費電力
6.センサ端末の動作制御による低消費電力化
7.センサデバイス制御による低消費電力化
8.センサ、アナログ・フロントエンドの設計
9.まとめ
第5章 ローパワーシステム技術〈村谷政充〉
1.システム技術の向上はまさにこれから
2.基本はシステム全体の消費電力の削減
3.マイコンの動作モードを考える
4.消費電力削減の基本は間欠動作
5.電源電圧の生成も電力の効率利用では注意が必要
6.まとめ
第6章 全固体マイクロ電池〈新谷浩造〉
1.はじめに
2.全固体マイクロ電池開発のポイント
3.エネルギーハーベスティングを電子機器に展開するための蓄電素子として
4.蓄電素子に要求される技術要件
5.動作温度条件(範囲)
6.複数による高容量化
7.薄さと高密度実装に向けて
8.エネルギーハーベスティング以外への全固体マイクロ電池のアプリケーション
9.まとめ
第7章 エネルギーハーベスティングコンソーシアム〈竹内敬治〉
1.はじめに-環境発電に関するオープン・イノベーションの必要性
2.企業間の連携事例
3.組織的活動の例
4.エネルギーハーベスティングコンソーシアム
第8章 環境発電の市場動向〈竹内敬治〉
1.はじめに-環境発電とは
2.環境発電の主要市場
3.環境発電市場の将来展望
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