台車にクラッド鋼板の小片を用いた振動発電器を載せ、走行振動によりLEDを光らせる実験
(出所:東北大学)
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 東北大学と東北特殊鋼は2月13日、「振動発電」機能を持つ鋼板を共同開発したと発表した。微小な振動を利用するIoTセンサー用電源から、強靭で衝撃に強い材質を生かして鉄道車両や自動車などの走行振動、風力・水力などを利用する大型のエネルギーハーベスティングにへの応用が期待される。

 今回開発したのは、2種類の性質の異なる金属を張り合わせた「クラッド鋼板」。冷間圧延鋼板(SPCC相当)とFeCo系磁歪材料の冷間圧延板とを熱拡散接合させた。こうしたクラッド構造により、大きな逆磁歪効果を示した。FeCo磁歪材料単独と比べて数倍から20倍以上の振動発電出力が得られ、電磁力学場の数値シミュレーションによって増幅機構解明にも成功した。

 圧電素子と比較して、微小な振動(加速度0.1G、振幅20μm、周波数50Hz)で25倍以上の出力を確認した。また、冷間圧延鋼板をニッケル板に置き換えたクラッド構造にすることで、圧電素子の50倍以上の出力が得られ、超磁歪材料Galfenolに匹敵する発電性能を持つ可能性があり、現在調査を進めているという。

 このほかにも、圧電材料や超磁歪材料で発電効率を高めるために用いられる平行梁構造のような複雑な構造は不要で、クラッド鋼板の単純な曲げ振動で発電できる。また、クラッド鋼板の小片による振動発電器を台車に取り付けて走らせた実験では、数mW(数十V)以上の出力を確認した。実際の自動車ではW級以上の発電量が期待できるという。

 今回の開発成果は米国物理学協会速報誌「Applied Physics Letters」オンライン版に2月12日公開された。