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紳士服のAOKIなど、フレキシブル太陽電池を装着した「発電スーツ」を試作

2019年2月4日

理化学研究所(埼玉県和光市)は、AOKI(神奈川県横浜市)、東レ(大阪府大阪市)、Xenoma(東京都大田区)と共同で、高性能なフレキシブル有機太陽電池を紳士服の上着に装着し、デザイン性と機能性を両立した発電する紳士服「発電スーツ」の試作に成功したと発表した。

試作した発電スーツでは、左右に5個ずつ(合計10個)の太陽電池モジュールが紳士服の上着の背面に装着されている。この太陽電池モジュールは、太陽光や周辺からの光を受けて発電する。1つのモジュールについて、疑似太陽光下で最大28mWの発電量を達成したため、実際に発電スーツ上に装着されたすべてのモジュールが最大出力を達成した場合、280mWの発電量に相当する。

また、モジュールの厚みが約15μm(1,000分の1mm)しかないため、くにゃくにゃと曲げることができる。この有機太陽電池を紳士服上着に貼りつける技術を開発し、紳士服の製造工程で壊さずに生地に実装することによって、布地の風合いを損なわないデザイン性と機能性の両立が可能となった。

「発電スーツ」のために開発された技術は、紳士服の上着に限らず、帽子やスカーフなどの小物類に応用することによって、いろいろな発電するアパレルを生み出すことが期待される。また、アパレル分野を超えて、発電するカーテン、テント、風呂敷などへの応用をはじめ、スマートフォンの充電、連続計測用ウェアラブルセンサーの電源、災害時の補助電源など、多方面への応用が見込まれている。

なお、この発電スーツは、東京ビックサイトで開催される「nano tech 2019(第18 回 国際ナノテクノロジー総合展・技術会議)」(1月30日~2月1日)にて展示される。

医療やフィットネス分野で拡大するスマートアパレル

衣服に電子機能を付与することによって、様々な情報を簡便に取得し、それらの情報を活用することを目的とした新分野は、電子テキスタイルやスマートアパレルと呼ばれ、近年急速に発展している。着るだけで脈拍や筋電などの生体情報をモニタリングする電子の服が実用化され、医療やフィットネス分野での用途が拡大している。

これまでのスマートアパレルは多くの場合、充電式のバッテリーを使用し、充電の必要があるという点が、使用者の使い勝手の良さを損なう要因となっている。また、生体情報の計測を連続して長期間継続するためには、安定して電力を供給する技術が求められる。そのため、環境から発電する技術を電子の服に応用する研究開発が活発に進められている。

有機太陽電池は、有機半導体(半導体の特性と持つ有機物)を光電変換層として用いた太陽電池のこと。塗布プロセスによる大量生産が適用できると同時に、安価かつ軽量で柔らかい、カラフルといった特長を持つ。変換効率と耐久性の向上が課題となっている。

有機太陽電池は、柔らかい素材でできているため布地の上に違和感なく貼りつけられる可能性を持ち、さらに無線モジュールに必要とされるミリワット級の発電を行うことができる。

4社が強みを持ち寄り実現

理化学研究所の研究グループは、これまでに、身につけて使える、ウェアラブルデバイスへの電源として、フレキシブル太陽電池の開発を進めてきた。特に、エネルギー変換効率を改善し、実用化へのベンチマークとされる10%を超薄型の有機太陽電池で達成した。

2017年9月には、洗濯も可能な伸縮性と耐水性を持つ、超薄型有機太陽電池を開発、また、2018年4月には、耐熱性と高いエネルギー変換効率を兼ね備えた超薄型有機太陽電池を開発し、熱をかけることで溶ける接着剤を利用した接着プロセス「ホットメルト手法」を用いた衣服への直接貼り付けが可能となったことを発表している。耐環境安定性を向上してきた結果、耐水性、大気安定性、耐熱性についても実用レベルの性能を実現してきた。

今回の「発電スーツ」のプロトタイプの試作は、参画機関がそれぞれの強みを持ち寄ることによって実現された。理化学研究所はフレキシブル有機太陽電池に関する総合的知見、紳士服・婦人服を販売するAOKIは機能性とデザイン性を両立する紳士服の製造技術、東レは大気安定性に優れる有機半導体材料とデバイス製造技術、Xenomaは布地の上に配線を有機太陽電池と接続し実装する技術を担当した。

Xenomaは、東京大学発のベンチャーで、カメラを使わずにユーザーの動きを認識できる、センサーを搭載した着心地のいい衣服、スマートアパレル「e-skin」を開発、展開している。

 

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