真空をスイッチ素子に用いるには，スイッチがオンのときに真空に電流を流す電子放出源が必要である．しかし，図（右）のように従来のフィラメントを熱する真空管では，電子放出効率が 10-4 以下と低く，時間応答性や寿命も問題

真空パワースイッチ 超高耐圧電力変換装置の小型化に期待が多く，パワースイッチは実現できなかった．

JST 課題達成型基礎研究（戦略的創造研究推

素原子で終端すると，電子親和力が負となり，進事業先端的低炭素化技術開発（ALCA））の真空中に自由に電子が飛び出すことを明らかに一環として，産業技術総合研究所の竹内大輔上した．ダイヤモンド PN ダイオードをオンする級主任研究員と物質・材料研究機構の小泉 聡と， 真 空 中 に 電 子 が 飛 び 出 す． そ の 効 率 は

主幹研究員らのグループは，ダイヤモンド半導10％近くまで得られている．半導体素子なのでては，戦略的創造研究推進事業

チーム型研究体の特長を利用し，真空マイクロエレクトロニ

時間応答性も高く，寿命も長い．

（CREST）（研究代表者：山崎聡産業技術総クスを用いた高耐圧パワースイッチを作製し，動作実証に世界で初めて成功した．

本研究グループは，ダイヤモンドの表面を水図（右）のように PIN ダイオードを電子放本研究の PIN 接合ダイオード製作にあたっ合研究所主幹研究員）の協力を受けた．

出源に採用した真空パワースイッチに，負荷を（（独）産業技術総合研究所接続して動作検証を行ったところ，10kV で効

竹内大輔 連絡先：〒 305-8568 つくば市梅園

電圧に耐えようとすると電力変換装置が巨大に率 70％以上のパワースイッチとして機能する

1-1-1 産総研つくば中央 2 E-mail：d.takeuchi

なり，将来の洋上を含めた電力系統に導入することを確認できた．今回の実験結果から 100kV@aist.go.jp）

上で問題があった．そのため，固体である半導では理論的に効率 99.9％を超え，従来の 10 分

URL：http://www.aist.go.jp/aist̲j/press̲

体よりもさらに絶縁耐圧に優れる真空を利用しの 1 の大きさの大電力変換装置が可能と考えら

release/pr2012/pr20121210/pr20121210.html

た，革新的な超高耐圧高効率小型パワースイッ

れ，新しいエネルギー戦略に貢献することが期チの開発が期待されていた．

待される．

シリコンなどを用いたパワースイッチは，高ナトリウム電池の容量二倍，高容量リン負極て相対的に低いという問題が知られていた．

上級主任研究員［2013 年 1 月 28 日原稿受付］

は容量の劣化が確認されているが，リンの単位今回検討を行ったのは赤リンを炭素材料と複重量当たりで 1000mAh 程度と従来報告されて合化した材料であり，さらに粉末材料をシートいた値の 2 倍程度の容量で 30 サイクル以上にわたり可逆的に動作させることに成功した．

東京理科大学の駒場慎一准教授および藪内直状に成形するための結着剤（バインダー）に電

明講師らと住友化学の共同研究グループはリン気化学的に安定でリンと炭素を強固に結着する

大型電池の電極材料として用いるには還元生がナトリウムイオン電池用高容量負極として有ポリアクリル酸ナトリウム塩を用いて電極を作成物である Na3P の安全性などの課題は残って用であることを発見した．

製した．今回作製した電極を用いることにより，いるが，リンとナトリウムを用い高エネルギー資源の豊富な元素であるナトリウムイオンをナトリウム電池中でリンの 3 電子酸化還元反応密度の蓄電池を実現することは元素戦略という用いるナトリウムイオン電池は常温で作動するが起こることを初めて確認した．このことによ

観点からは重要な発見であり，将来的なナトリ新しい蓄電デバイスとして実用化が期待されてり，理論的にはリンの単位重量当たり炭素材料ウムイオン電池の高エネルギー密度化に繋がるいる．これまで同研究グループではハードカーと比較して 8 倍程度，ズズ合金負極と比較したことが期待できる．

ボンやスズといった材料がナトリウムイオン電場合でも 3 倍程度の容量を得ることが可能にな（東京理科大学池用の負極材料として有用であることを報告しる．これはリチウムイオン電池におけるシリコ8601ていた．しかし，得られる可逆容量はリチウムン負極材料と比較した場合でも，70％程度の容komaba@rs.kagu.tus.ac.jp.）

イオン電池で広く研究が行われている次世代の量に対応する．現状では理論容量が得られるよ

URL：http://www.rs.kagu.tus.ac.jp/komaba/

高容量負極材料であるシリコン系材料と比較しうな条件で繰り返し充放電試験を行った場合に400℃以下で水から水素生成

駒場慎一

連絡先：〒 162-

東 京 都 新 宿 区 神 楽 坂 1-3，E-mail：［2013 年 1 月 31 日原稿受付］いる．しかしながら，既存技術では反応制御にような Na の特性を生かした物質制御を上記 2800〜1500℃という温度が必要であり，大規模番目の反応に適応することで，すべての反応を広島大学サステナブル・ディベロップメントな太陽炉や原子炉のような高温熱源の利用が不400℃以下で進行させ，既存技術より低温で水実践研究センターの宮岡裕樹テニュアトラック

可欠である．したがって，これらの技術の利用分解による水素生成が実現できる可能性を示し

講師を中心とする研究グループ（同大学先進機には，プラント建設地の選定や安全性の確保とた．現状，金属 Na あるいはその化合物による能物質研究センター小島由継教授，市川貴之准

いった面で厳しい制約が課せられているのが現

腐食の抑制や反応率の向上をはじめとした課題

教授ら）は，アルカリ金属を用いた多段階熱化状である．

が残されているが，この技術が確立されれば，学反応を物質科学的に制御することにより，水当研究グループでは，以下に示すナトリウム分解による水素生成を 400℃以下で実現できる（Na）を用いた多段階熱化学反応による水分解や未利用熱（向上排熱等）のような低温熱源可能性を見いだした．

水素生成に注目した．

（500℃以下）で制御できるようになることが期

水素は，電池に比べ高いエネルギー密度を有し，かつ燃焼によりエネルギーを取り出す際に熱化学水分解による水素生成を，小規模太陽炉

2NaOH（s）＋2Na（l）→ 2Na2O（s）＋H（g）
2

待される．

＋2Na（g）
2Na2O（s）→ Na2O（s）
2（広島大学 サステナブル・ディベロップメント

水しか排出しない極めてクリーンな物質である＋H2O（l）→ 2NaOH（s）＋1/2O（g）
Na2O（s）
22

実践研究センター（ISSD） テニュアトラック

ため，次世代エネルギーシステムにおいて，変H2O→H2＋1/2O2

講師 宮岡裕樹 連絡先：〒 739-8530 東広島

動する自然エネルギーを貯蔵／輸送するための一般に，化学反応を進行させるための温度は，

市鏡山 1-3-1，E-mail：miyaoka@h2.hiroshima-u.

媒体（二次エネルギー）として注目されている．

反応に含まれる気体の圧力によって制御できる．

ac.jp）

水分解による水素生成を熱エネルギーのみで行

Na は約 98℃という低い温度で融解するため，

URL：http://h2.hiroshima-u.ac.jp/

う場合，4000℃以上という非常に高い温度が必

蒸発や凝集といった物質変化を利用することに（ISSD：http://www.hiroshima-u.ac.jp/rcsd/）要となるため，熱と多段階の化学反応を用いてより，気体として取り扱うこと，つまり圧力を［2013 年 2 月 5 日原稿受付］

より低温で水分解を行う熱化学法が検討されて制御することが可能となる．本研究では，このセラミックス

48（2013）No. 4323