株式会社マテリアルイノベーションつくばの情報

―自立電源型IoT機器を搭載した照明機器の実用化と普及に見通し―国立研究開発法人物質・材料研究機構（NIMS）発ベンチャーである株式会社マテリアルイノベーションつくば（本社：茨城県つくば市、代表取締役社長：佐久間 一浩、以下「MIつくば」）と、岩崎電気株式会社（本社：東京都中央区、代表取締役社長：伊藤 義剛、以下「岩崎電気」）は、道路灯に搭載したIoT機器の自立型駆動用電源として、MIつくばの開発したグラフェンリチウムイオンキャパシタを搭載する太陽光パネルの環境発電を利用した蓄電制御システムの実証実験を開始（写真1～３）いたしました。
なお、本実証実験で活用するシステムは、MIつくばが茨城県の「令和４年度研究シーズ製品化支援事業」に採択され、岩崎電気の子会社、株式会社アイ・ライティング・システム（茨城県桜川市）と開発したものです。



　安全・安心な社会の構築とレジリエンスな社会の実現に向けたスマートライティングとして、環境センサーやカメラ等の搭載による道路近辺の環境状況、交通量や路上の冠水等の把握、路車間通信など、さまざまなIoT機器の利用の拡大が想定されております。
　特に屋外で使用する蓄電デバイスは、耐環境性能が求められるのと同時に、太陽光パネルや熱発電などの環境発電デバイスで発電された微弱電力の有効利用とIoT機器への安定な電力供給などが求められております。
　今回の実証実験では、蓄電デバイスとしてグラフェン材料にカーボンナノチューブをスペーサーとして層間構造が安定保持される「グラフェン/カーボンナノチューブ複合材料」を使用したグラフェンリチウムイオンキャパシタを搭載します。
MIつくばは、NIMSの研究成果を活用し、高性能のグラフェンリチウムイオンキャパシタを開発してきました。グラフェンリチウムイオンキャパシタは、充放電性能に優れるとともに動作温度範囲が広く、寿命性能や保守メンテナンス性が高いなど、屋外環境で利用するための基本的な優位性に加え、グラフェン／カーボンナノチューブ複合材料を使用することにより、さらなる出力並びにエネルギー密度の向上（大容量化）と、小型軽量化が可能です。
　自立型電源のシステム（図１）として実証実験を進め、蓄電制御システムを構築することで、照明機器に搭載するIoT機器用途だけでなく、有線での電源確保が難しい場所や人の立ち入りが難しくメンテナンスが困難な場所（山間部、危険箇所）などのIoT機器の電源システムとしての設置が可能です。また、本システムは、赤外線や開閉センサーなどの監視センサーや、非常警報等の通信機器の電源としても利用可能であり、本ＩｏT機器の自立型電源として幅広い分野での応用が期待されます。
■実証実験の概要
太陽光パネルを利用してグラフェンリチウムイオンキャパシタに蓄電した電力を、道路灯に搭載した各種IoT機器へ安定的に電力を供給する、蓄電デバイスの充放電を制御するシステムを介し、道路状況を撮影したカメラ画像（写真４）、環境センサー（温度、湿度、CO2濃度、紫外線量）の情報、グラフェンリチウムイオンキャパシタの電圧などのデータを無線で送信し、実証実験先の茨城県桜川市から埼玉県行田市での遠隔監視の実証実験を通じて、環境発電による蓄電制御システムとグラフェンリチウムイオンキャパシタの性能評価を行います。
■実証実験のシステム構成
本実証実験におけるシステムでは、(1)カメラを搭載したLED道路灯、(2)環境センサーやLTE通信機器などのIoT機器、グラフェンリチウムイオンキャパシタ、制御システムを内蔵した制御ボックス、（3）発電を行う太陽光パネル、より構成されております。
IoT機器の電力は照明用系統電力とは別の環境発電による自立型電力で動作する仕組みで、太陽光パネルを利用してグラフェンリチウムイオンキャパシタに蓄電した電力を夜間も含めて24時間供給します。
遠隔監視できるデータはインターネット経由でタブレット端末などでも監視することが可能です。






■IoT機器
無線通信やインターネット環境などのネットワークに接続することで、データや画像などのデータを送受信できる機能をもった、各種のセンサーやカメラ、スマート家電など電子機器。
■リチウムイオンキャパシタ
正極は電気二重層キャパシタと同じ材料（一般には活性炭など）を使用し、負極にはリチウムイオン電池と同じ材料（一般には黒鉛など）を使用した非対称型のキャパシタ。電気二重層キャパシタより高容量・高電圧が特長。
■グラフェンリチウムイオンキャパシタ
正極材料として現在一般に使用されている活性炭に替わりグラフェン／カーボンナノチューブ複合材料を使用したリチウムイオンキャパシタ。活性炭を使用した従来のキャパシタよりさらに高容量・高電圧を実現できる。
■グラフェン
グラフェンは、鉛筆の芯にも用いられる黒鉛を一枚一枚のシートに剥がすことで作ることができる材料で、重量当たりの表面積が最も大きい材料。表面積の大きなグラフェンは様々な用途において注目されているが、剥がしたシート同士が再度積層してしまうことで、表面積が低下することが課題の一つであった。MIつくばは、グラフェンとグラフェンの間にカーボンナノチューブをスペーサーとして挟むことで、長期間にわたって安定な材料とし関連特許を取得している。
■グラフェン／カーボンナノチューブ複合材料
グラフェンは、表面での反応を活かすため反応液等と接触する構造が求められ、グラフェン自身の再付着の防止する必要がある。グラフェン／カーボンナノチューブ複合材料は、グラフェンとグラフェンの間にカーボンナノチューブ（CNT）を挟み込む積層構造で、グラフェンの再付着を回避することに成功している。
＜本件に関する問い合わせ先＞
株式会社マテリアルイノベーションつくば （https://www.mitsukuba.com/）
担当：岡田、唐 （TEL：029-859-2728）
岩崎電気株式会社 （https://www.iwasaki.co.jp/）
広報宣伝室 担当：増田、杉本 （TEL：03-5846-9012）

株式会社マテリアルイノベーションつくば（本社：茨城県つくば市、以下「MIつくば」）が開発する高出力で蓄電池並みのエネルギー密度を持つ秒速蓄電デバイスの圧倒的な特性と量産性、優れた事業性が高く評価され、第3回TCIベンチャーアワードで優秀賞を受賞しましたので、お知らせします。
【背景】
　蓄電デバイスはわたしたちの暮らしを大きく変えてきました。ニッケル水素電池によりウォークマンが生まれ、音楽を持ち運べるようになったのが1980年代のことでした。リチウムイオン電池はスマートフォンやノートパソコンを普及させ、現在のユビキタスな社会を実現しました。
　リチウムイオン電池は、エネルギー密度に優れ、多くの電気を貯めることができ普及が進んでいるものの、長い充放電の待ち時間や耐久性、発火の危険性などが課題となっています。瞬時の充放電が可能で発火の危険性がないキャパシタは、リチウムイオン電池と比べて圧倒的にエネルギー密度が小さいことが普及のボトルネックとなってきました。
　MIつくばは、独自のグラフェン複合材料を活用し、蓄電池並みのエネルギー密度を保有しつつ秒速の充放電が可能な蓄電デバイスの創製に取り組んでいます。キャパシタの優れた充放電特性と蓄電池なみのエネルギー密度を両立するデバイスを創製することで、最終的にわたしたちの暮らしを充放電から解放します。
　圧倒的なデバイス特性と量産性、優れた事業性が高く評価され、第3回TCIベンチャーアワードで優秀賞を受賞しました。



【TCIベンチャーアワードについて】
　高い技術力と独自の事業プランをもって、社会への貢献を果たそうとする「つくば発ベンチャー」に対し、 広く 事業プランのプレゼン機会を提供し、優秀なベンチャー企業を表彰することにより、つくば発ベンチャーの成長を促進するとともに、若い世代の起業意欲を喚起し、新たな事業の創出につながることを目的としたアワードです。
【株式会社マテリアルイノベーションつくばについて】
　MIつくばは、創業者である唐捷が物質・材料研究機構において長年蓄積してきたナノ炭素材料であるグラフェンを複合化させる材料技術を基盤として2017年11月に物質・材料研究機構発ベンチャーとして創業しました。2019年にはCYBERDYNE株式会社および筑波銀行から出資やNEDOからの助成なども受けグラフェン複合材料の製造・販売とそれを電極として活用するキャパシタの製造・販売に取り組んでいます。
【今後の展開】
　本受賞をはずみとし、私たちの材料とデバイスをみなさまに届け、よりよい社会に貢献してまいります。

株式会社マテリアルイノベーションつくば（茨城県つくば市、代表取締役：佐久間一浩、以下 当社）は、グラフェンとカーボンナノチューブを複合化させたグラフェン/CNT複合材料（Gmit(R)）の販売を2022年10月21日に開始します。
背景
　現在、様々なナノ炭素材料が提案され、ユニークな特性を活かした様々な用途での応用が期待されています。ナノ炭素材料の中でも、黒鉛を一枚一枚のシートに剥がして作製されるグラフェンは、重量当たりの表面積が大きく、様々な用途への展開が期待されています。当社では、グラフェンとグラフェンの間にカーボンナノチューブを挟み込んだグラフェン複合材料の量産技術の開発に取り組んでまいりました。この度、東京化成工業株式会社から試薬としての一般販売を開始します（試薬製品番号G0620）。
複合材料の特徴
　グラフェンは、鉛筆の芯にも用いられる黒鉛を一枚一枚のシートに剥がすことで作ることができる材料で、重量当たりの表面積が最も大きい材料です。表面積の大きなグラフェンは様々な用途において注目されていますが、せっかく剥がしたシート同士が再度積層してしまうことで、表面積が低下することが課題の一つとなっています。当社は、グラフェンとグラフェンの間にカーボンナノチューブをスペーサーとして挟むことで、長期間にわたって安定な複合材料を開発してきました。



　この複合材料はユニークな構造を有しているだけでなく、活性炭と比べて結晶性が高く、優れた導電性を示し、電極として用いた時に高電圧下でも良好な安定性を示します。また、異方性の高い構造に由来して熱物性も異方的で、物質移動と表面への吸着など用途に応じて最適な層間距離を制御できる可能性も有しています。
販売の背景と今後の展開
　今回一般販売を開始するグラフェン複合材料は、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の新エネルギー等のシーズ発掘・事業化に向けた技術研究開発事業「グラフェンスーパーキャパシタの工業生産技術開発（2019年度）」の成果に基づくものです。現在わたしたちは、当該事業を発展させ、量産化開発に取り組んでいます。複合材料の量産提供の前段階として、今回、試薬として販売するものです。
　製品の詳細や、より多量でのご提供の可能性につきましては下記の問い合わせ先まで連絡いただけましたら幸いです。
＜本件に関する問い合わせ先＞
株式会社マテリアルイノベーションつくば
　http://www.mitsukuba.com/
　Email：info@mitsukuba.com