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大阪ガスは企業競争力のベースを技術に求めており、研究開発は最も重要な企業差別化戦略の一つと考えています。
そのために、以下に紹介する、さまざまな新技術の研究開発、実用化に積極的に取り組んでいます。

エネルギー・環境・光学用途向けチタン系ナノ材料

概要

次世代低コスト太陽電池である、色素増感太陽電池・ペロブスカイト太陽電池の性能を引き出すチタニアナノ粒子とペーストを開発しました。
この技術を活かして、超高屈折率コーティング用材料、高透明性・高活性な光触媒,透明な紫外性吸収材料など,新たな材料を創出しています。



色素増感太陽電池・ペロブスカイト太陽電池用チタニアナノ粒子

図1. 色素増感太陽電池用チタニアペーストとナノ粒子の透明性の比較/図2. ペロブスカイト太陽電池用チタニアナノ粒子水分散液の分散性と透明性

色素増感太陽電池・ペロブスカイト太陽電池は,高価なシリコンを使用せず,また,印刷やコーティングの安価なプロセスにより作製する次世代の太陽電池です。これらの太陽電池の負極の主要な構成材料は、チタニアナノ粒子であり,エネルギー変換効率を大きく左右します。
大阪ガスが開発したチタニアナノ粒子は,高い活性と高い透明性を有するため,太陽光を効率よく発電に利用でき,高いエネルギー変換効率が得られます。
色素増感太陽電池の「発電層」と「光散乱層」,ペロブスカイト太陽電池の「緻密層」と「多孔質層」に対応した粒径のナノ粒子を,スクリーン印刷用ペーストやスピンコーティング用分散液等,成膜方法に対応した形態で供給できます。

応用技術(1)高透明・高活性光触媒,高透明紫外線吸収材料

図3.高透明性3nmチタニアナノ粒子/図4. コーティングの透明性と紫外線による劣化の比較

3nmの超微粒子が水に均一に分散していますが,分散剤を使用していないため焼成が不要であり,プラスチックなどにもコーティングできます。
また,透明でありながら結晶性(アナターゼ型),光触媒活性があります.一方で,紫外線を吸収するため基材を保護することができます。

応用技術(2)超高屈折率材料

表1.超高屈折率材料の熱処理温度と屈折率/図5.超高屈折率材料の透明性

有機材料では難しい高い屈折率と,無機材料では難しい高い透明性を併せ持つ材料です.保存安定性も高く,短期間では沈殿やゲル化が起こりません。
熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂と,任意の割合で透明性を維持したまま混合することができ,容易に有機-無機ハイブリッド材料が作製可能です。

応用技術(3)チタン酸化物系ナノ材料

厚み1~数nmのナノシート/太さ30〜40nmのナノファイバー/微細なナノシートの集合体

図6.各種チタン酸化物系ナノ材料

高い比表面積,リチウムイオン・ナトリウムイオン二次電池負極材としての充放電特性,重金属吸着,吸湿など,様々な特性を有しています。
一次元,二次元,三次元形状を有しており,用途によって使い分けることができます.光触媒性は,無くすことも発現させることもできます。

今後の展開

開発した材料を,エネルギー分野,環境分野,光・電子材料,材料の長寿命化など,様々な分野での活用を試みていきます。

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