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Noboru Katayama

片山 昇

Junior Associate Professor, Tokyo University of Science
Dept. of Electrical Engineering, Faculty of Science and Technology
2641 Yamazaki, Noda, Chiba 278-8510, Japan +81-4-7124-1501 ext. 3701
東京理科大学 理工学部電気電子情報工学科 講師
〒270-8510 千葉県野田市山崎2641・ 04-7124-1501 内線3701
ij

JST イノベーション・ジャパン2016

JST Innovation Japan 2016

科学技術振興機構主催のイノベーション・ジャパンに当研究室の研究成果を発表します。
題目:様々な二次電池や燃料電池を超高速・低コストで診断するシステム
日時:2016年8月25日(木)〜26日(金)
場所:東京ビッグサイト西1ホール
参考ウェブサイトはこちら

We exhibit our achievement to "Innovation Japan 2016"
Title:Ultrahigh-speed and low-cost diagnosis system for various batteries and fuel cells
Date:Aug 25 (Thu)-26 (Fri)
Venue:Tokyo Big Sight (West Hall1 & Hall2)
Web site

片山研究室スタート

Katayama Lab

2016年度より片山研究室が立ち上がりました。修士課程2名と学部生10名が配属されました。

Katayama Laboratory has been established. There are 2 master course degree students and 10 bachelor students.

東京理科大学 緊急IoTフォーラム

TUS IoT Forum

東京理科大学 緊急IoTフォーラムにて「電力変換回路を利用したエネルギーデバイスの診断とデータ分析」という題目でポスター発表をします。これまでの研究成果とIoT (Internet of Things)に関連付けた今後の展望について紹介をする予定です。
日時:平成27年9月9日(水)13:00~18:30
会場:秋葉原コンベンションホール
※事前登録が必要です。

We are going to show a poster presentation titled "Diagnosis of Energy Devices Using Power Converters and Data Analysis". Our research progress and future works connected to IoT (Internet of Things) are presented.
Date: Sept 9 (Wed), 2015
Hours: 1:00am-6:30pm
Venue:Akihabara Combention Hall
Pre-registration is required

saitama

PV JAPAN 2015 (太陽光発電に関する総合イベント)に出展

PV JAPAN 2015

PV JAPAN 2015に研究成果として「太陽電池の故障予知・診断が可能なパワーコンディショナー」を出展します。
日時:2015年7月29日(水)〜31日(金)10:00〜17:00
会場:東京ビッグサイト西展示棟1F(西1・2ホール)
入場料:事前登録により無料になります。
詳細はhttp://www.jpea.gr.jp/pvj2015/

We are exhibiting our achievement and a prototype power converter which can diagnose solar cells for PV JAPAN 2015
Dates: July 29 (Wed)-31 (Fri), 2015
Hours: 10am-5pm
Venue:Tokyo Big Sight (West Hall1 & Hall2)
Entrance Fee:Free (pre-registration required)
Web site: http://www.jpea.gr.jp/pvj2015/

国際科学技術財団のウェブサイトに研究助成ブログが開設

Research Foundation Blog is now open on the Japan Prize Foundation's web site

本年度,研究の支援を頂く公益財団法人国際科学技術財団のウェブサイトに研究助成ブログが開設されました。研究成果や普段の研究の様子などを公開する予定です。
研究紹介ブログ
国際科学技術財団のウェブサイト

Research Blog is now open on the web site of the Japan Prize Foundation. We received a research grand from the foundation. Our research progress will be available in the blog. Research Blog
The Japan Prize Foundation

saitama

彩の国ビジネスアリーナ2015産学連携フェアに出展

Saino-kuni Business Arena 2015 Industry-academia Partnership Fair

彩の国ビジネスアリーナ2015の産学連携フェアに研究成果として「太陽電池の故障予知・診断が可能なパワーコンディショナー」を出展します。
ブース番号: M-59
日時:2015年1月28日(水)〜29日(木)
場所:さいたまスーパーアリーナ(JRさいたま新都心駅徒歩1分)

Our development "Power conditioner that has the function of failuer and prognosis for solar cells" is being exibitted at an business event, Saino-kuni Business Arena 2014.
Booth #: M-59 Date: Jan 28-29, 2014
Place: Saitama Super Arena (1 min-walk from JR Saitama Shintoshin Station)

Fuel Cell Seminar 2014にて講演予定

Fuel Cell Seminar 2014

米国ロサンゼルスで開催されるFuel Cell Seminar 2014で講演予定です。
日時:2014年11月12日(水)
題目:Purification of Hydrogen Containing Carbon Dioxide Using Metal Hydride

Our research is going to be presented at Fuel Cell Seminar 2014 in Los Angeles, CA, the United States.
Date: Wed, Nov 12, 2014
Title: Purification of Hydrogen Containing Carbon Dioxide Using Metal Hydride

アニオン交換膜形燃料電池

Anion Exchange Membrane Fuel Cells

固体高分子形燃料電池の燃料として水素もしくはメタノールが多く研究されています。 水素は常温で気体であるため取り扱いが難しく,メタノールは毒性があり一般用には好ましくありません。 近年,アニオン交換型の固体高分子膜を利用することで,酒に含まれているようなエタノールでも 発電が可能であることが分かってきています。 エタノールは取り扱いや保存が比較的容易で,バイオマスから製造できるというメリットもあります。 応用としては屋外用電源や非常用電源などが候補とされています。 現在は基礎研究が主ですが,将来的には電源システムを構築する予定です。

Hydrogen and methanol are candidates of fuel for polymer electrolyte membrane fuel cells. Hydrogen has the problem of handling because it is a gas, and methanol has toxicity. Recently, using anion exchange membrane for fuel cells has been focused on. Anion exchange membrane fuel cells can generate power from ethanol, which is easily used and conserved and is produced from biomass. Applications include portable power supplies and emergency power supplies. We are now conducting fundamental research and are going to apply power supply system in the future.

Fuel cell degradation

固体高分子形燃料電池の劣化機構解析

Analysis of Polymer Electrolyte Memebrane Fuel Cell Degradation Mechanism

固体高分子形燃料電池は常温付近で発電が可能であるため, 自動車やポータブル機器用など私達の生活に密着した様々なシーンでの応用が期待されています。 しかし,発電量の変化が激しいと特に触媒が溶解し,発電性能を大きく低下させることが分かっています。 どのような条件でどの程度の性能劣化が起こるか分かれば, 電源の設計の際に劣化が起こる条件を避けるような方策がとれると考えています。 現在,電気化学による数値シミュレーションの開発の開発を進めています。

Polymer electrolyte membrane fuel cells can generate electric power at the room temperature and they are expected to be use for vehicles and portable devices. However, load changing conditions degrades their catalysts and decrease the performance dramatically. If we knew what load condition degrades the performance, we could design the fuel cell system which can avoid such severe conditions. In this project, the numerical simulation which predicts fuel cell degradation are being constructed based on electrochemical modeling.

ESD

静電噴霧法による固体高分子形燃料電池触媒層の形成

Preparation of Polymer Electrolyte Memebrane Fuel Cell Catalyst Layer with Electrospray Deposition

固体高分子形燃料電池の触媒層は電気化学反応が起こる非常に重要な部分です。触媒層は表面積をできるだけ大きくするとともに水素・酸素ガス,電子,イオンがスムーズに運ばれる必要があります。現在,触媒層はエアスプレーやスクリーン印刷で作ることが一般的ですが,我々は静電噴霧法と呼ばれる手法で作成し性能向上を狙っています。静電噴霧法は高電圧を用いて触媒を非常に細かな霧状にする技術で,触媒層の構造を制御することができます。また,一つ一つの触媒粒子は静電気で狙ったところに引き寄せられるため製造時の無駄も大幅に削減できます。

The catalyst layers of fuel cells are an important component where the electrochemical reaction takes place. The catalyst layer must have large surface area as well as high transportation property for hydrogen, oxygen, electron and ion. In general, the catalyst layer is prepared with air spray or screen printing techniques. We are trying to obtain high performance controlling the catalyst layer structure with electrospray technique, which applies high voltage to the spray nozzle to make very small catalyst/ionomer particles. Besides, we can improve catalyst utilization in manufacturing.

DC-DC converter for mobile device

燃料電池とスーパーキャパシタによるハイブリッド電源のエネルギーマネジメント

Energy Management for Fuel Cell-Supercapacitor Hybrid Power Sources System

燃料電池は電気化学反応を利用しているという原理上,急激に発電量を変化させることが原理上難しいデバイスです。 しかし,電子機器や自動車では消費電力が頻繁に変化するため,燃料電池だけで電力供給するのに無理があります。 そこで,スーパーキャパシタという瞬発力があり充放電が半永久的に可能な新しいタイプの二次電池を燃料電池とハイブリッド化することを提案しています。 燃料電池とスーパーキャパシタをハイブリッド化するためには,燃料電池を得意な電力で動作させ, かつスーパーキャパシタの充電量を適切な範囲に保つ必要があります。 これらを可能にする電力変換回路と制御アルゴリズムの開発を進めています。(自動車用を電気電子情報工学科・星研究室と共同研究,携帯機器用を経営工学科・堂脇研究室,機械工学科・早瀬研究室と共同研究)

Fuel cells, which use electrochemical reaction, can not follow steep load changing. However, electronic devices and vehicles changes their power demand and the load to fuel cells is enormous. Our idea is to combine fuel cells with supercapacitors, which can charge and discharge semipermanently at large current. To realize this idea, the fuel cells need to operate appropriate voltage and current and keep the supercapacitor’s charge within the rated value. We are developing the power electronics circuit and the algorithm. (This project is in collaboration with Hoshi Lab, Dept. Electrical Engineering (for vehicle use) and Dowaki Lab, Dept. Industrial Administration and Hayase Lab, Dept. Mechanical Engineering (for mobile use).

EIS fuel cell

燃料電池の交流インピーダンス診断が可能なDC/DCコンバータ

DC/DC Converters with AC Impedance Diagnosis Function for Fuel Cells

例えば自動車用に燃料電池を使用した場合,過酷な環境の変化にさらされます。 燃料電池に必要な酸素は,空気中の酸素のを利用するため, 空気の温度や湿度によって電気化学反応時の条件が大きく変化するだけでなく,故障の原因にもなりかねません。 燃料電池は水素を利用するため,燃料電池そのものの故障は大きな事故につながりかねません。 通常燃料電池はDC/DCコンバータと呼ばれる電子回路を使って 適切な電圧に変換して用います。 私たちはこのDC/DCコンバータに燃料電池を交流インピーダンス法という方法を用いてリアルタイムに診断する機能を搭載することを検討しています。

Fuel cells in the fuel cell vehicle will be under extreme condition. For example, oxygen in the air, which is supplied to the fuel cells, varies its condition such as temperature and humidity, not only influencing the electrochemical reactions in the fuel cells but also lead to failure of the fuel cells. Incidentally, fuel cell power supply systems use DC/DC converters, which regulate voltage matching the load voltage. This project will realize a DC/DC converter with fuel cell diagnosis function by means of AC impedance method.

PV diagnosis converter PV diagnosis converter

太陽電池の故障予知・診断が可能なパワーコンディショナ

Power Converter with the Function of Failure Prognosis and Diagnosis for Solar Cells

太陽電池は20年で平均10%の性能低下が起こると予想されています。これは平均の値で場合によっては中には突然発電しなくなってしまうものもあり,太陽電池の故障予知や故障診断の需要が高まっています。これまで太陽電池の故障診断はI-Vカーブによるものが主流でしたが,晴れた日にしか診断ができず,それほど多くの情報も得られません。交流インピーダンス法と呼ばれる方法を太陽電池に用いることで,太陽電池のどの部分(半導体部分or導体部分or接合部分?)が劣化し始めているのか診断する手法を開発しています。さらにこの診断機能をパワーコンディショナに搭載することを検討しています。実現すれば,小さな開発・導入コストで太陽電池を日射の有無に関係なく,無人で診断することができるようになります。(電気電子情報工学科・杉山研究室との共同研究)

Solar cells are expected to degrade its performance around 10% on average by 20 years. Some of them stop functioning suddenly. Therefore, the demand for the diagnostic technology is rising. Today, the mainstream diagnosis tool is I-V curve tracing, but it can be used only for sunny days when enough solar radiation is available and it provides no detailed information for the fuel cells. Recently, AC impedance analysis (called electrochemical impedance spectroscopy in electrochemical area) has started to be used. AC impedance analysis, which applies small AC perturbation for the energy device, provides various information about solar cells, such as which part of the solar cell is broken. We are developing a power conditioner that has the diagnosis function with AC impedance analysis. It will automatically diagnosis solar cells in real time for small introduction cost (collaborative research with Sugiyama Lab, Dept. Electrical Engineering)

FC system

水素化ホウ素ナトリウムを水素発生源とした燃料電池電源システム

Fuel Cell Power System Fueled by ...

燃料電池の普及のためには水素インフラの整備が不可欠です。しかし,水素ステーションの建設には多額の費用がかかります。電気電子情報工学科星研究室と株式会社ハイドリックパワーシステムズとの共同で水素化ホウ素ナトリウムと呼ばれる水素キャリアの研究を行ってきました。水素化ホウ素ナトリウムは粉状の物質で触媒の存在下で水と混合すると水素を発生させることができます。粉体であるため取り扱いが簡単で安価で安全性が高い物質としても知られています。現在は水素発生に必要な水はタンクに用意して供給していますが,将来的には燃料電池から発生する水を循環利用できるシステムを開発し,タンクの容積を削減する予定です。(電気電子情報工学科・星研究室との共同研究)

Infrastructure is essential to spread fuel cells. However, the construction of fuel cell stations expends a large amount of money. Sodium borohyride has been focused on as a hydrogen carrier. Sodium borohyride generate hydrogen with mixing water under catalysts. Sodium borohydride, which is powdery substance, is safer and inexpensive. Now water used for the hydrogen production is supplied from a water tank. We are developing fuel cell system that is able to recover the water generated through an electrochemical reaction in the fuel cells and trying to reduce the tank volume. (Collaborative research with Hoshi Lab.)

Metal Hydride

水素吸蔵合金を用いた不純物を含む水素の純化・貯蔵

Hydrogen Purification and Storage Using Metal Hydride

水素吸蔵合金は自身の1000倍の体積の水素を自身に取り込むことがてきます。 (一方,気体として水素を1/1000に圧縮するのは非常に難しいです。)現在この水素吸蔵合金を用いて水素ガス中の不純物を取り除きつつ水素を高密度で貯蔵する研究をしています。 この研究が実現すれば,一酸化炭素などの不純物を多く含む バイオマスや天然ガスから生成された水素を純化しながら貯められるカートリッジに応用できます。(経営工学科・堂脇研究室,機械工学科・早瀬研究室との共同研究)

Metal hydride can store hydrogen 1000 times as much as its volume. (Compressing hydrogen to 1000 atms is extremely difficult.) Our objective is storing and purifying hydrogen at the same time using metal hydride. Hydrogen derived from fossil fuel or biomass gas has a various kind of impurity which will damage fuel cells. If our idea comes true, a hydrogen cartridge which can store such hydrogen directly. That will provide improved efficiency and simplified system.

Publications

- Jornal Publications
- Conference Proceedings

Research Grant

2015-2017 Grant-in-Aid for Young Scientists (B), JSPS (PI)
2015 Japan Prize Foundation Research Grants (PI)
2015 Yashima Environment Technology Foundation Yashima Environment Technology Foundation)
2015 Takayanagi Kenjiro Foundation (代表)
2013-2014 Grant-in-Aid for Young Scientists (B), JSPS (PI)
2013-2014 JGC-S Scholarship Foundation (PI)
2012 Colabolative Subsidy, Tokyo University of Science (Co-PI)
2012 Kanto Electrical Safety Service Foundation (PI)
2011 Scholarship Subsidy, Tokyo University of Science (PI)
2009 Student Subsidy, Tokyo University of Science (PI)

Patents

2014-064326, M. Sugiyama, N. Katayama, H. Itakura, S. Matsumoto, "Defect diagnosis device", 3/26/2014 (Japanese patent, pending).

Lectures

Circuits Theory 1
Electronic Circuits 1
Electrical Engineering Laboratory 1
Electrical Engineering Laboratory 2
Special Lecture on Electrical Engineering
Graduation Research

研究業績

- 査読付学術論文
- 査読付国際会議プロシーディングス

研究助成

2015-2016(予定) 科学研究費補助金・若手研究(B) (代表)
2015 公益財団法人国際科学技術財団研究助成 (代表)
2015 公益財団法八洲環境技術振興財団研究開発・調査助成 (代表)
2015 公益財団法人高柳健次郎財団研究奨励賞 (代表)
2013-2014 科学研究費補助金・若手研究(B) (代表)
2013-2014 公益財団法人日揮・実吉奨学会・研究助成金 (代表)
2012 東京理科大学特定研究助成金・共同研究助成金 (分担)
2012 一般財団法人関東電気保安協会・研究助成 (代表)
2011 東京理科大学特定研究助成金・奨励研究助成金 (代表)
2009 東京理科大学特定研究助成金・研究科特別経費学生分 (代表)

特許

特願 2014-064326, 杉山 睦, 片山 昇, 板倉 秀徳, 松本 俊哉, "欠陥診断装置," 2014年3月26日

講義

電気回路理論及び演習1
電子回路及び演習1
電気工学実験1
電気工学実験2
電気工学特別講義
卒業研究

Address

Tokyo University of Science
Dept. of Electrical Engineering
Faculty of Science and Technology
2641 Yamazaki, Noda, Chiba 278-8510, Japan
+81-4-7124-1501 ext. 3701 E-mail:

お問い合わせ

東京理科大学 理工学部電気電子情報工学科
〒270-8510 千葉県野田市山崎2641
04-7124-1501 内線3701
E-mail:

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