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熱電変換効率11%の新材料開発

掲載日:2015年11月27日

熱を電気に変える変換効率を11%にまで高めた熱電変換材料(モジュール)を産業技術総合研究所省エネルギー研究部門の熱電変換グループが開発した。これまで変換効率が7%を超える熱電変換モジュールを作るのは困難だった。未利用熱エネルギーを電力に変換して利用する道を開く成果だ、と研究グループは言っている。

熱電変換は特殊な半導体材料と電極材料の接合点に温度差をつけると、両端に電圧が発生する現象を利用している。熱電変換効率は電気伝導率が高く、熱伝導率が低い材料ほど高い。産業技術総合研究所熱電変換グループの山本淳(やまもと あつし)研究グループ長、Hu Xiaokai元特別研究員、Jood Priyanka日本学術振興会外国人客員研究員は、ナノメートル(10億分の1メートル)レベルの超微細構造を形成する鉛テルライド(PbTe)焼結体とビスマステルライド(Bi2Te3)素子からなる2段型の熱電変換モジュールをつくり、熱電変換効率向上に成功した。

高い温度の熱を電気に変換できる鉛テルライドと低い温度で熱電変換効率が良いビスマステルライドを組み合わせたことで、高温側をセ氏600度、低温側をセ氏10度としたときに、11%という変換効率を可能にした。

石油や石炭など一次エネルギーは、使用時に60%に上るエネルギーが利用されないまま熱として廃棄されている。産業技術総合研究所は、この未利用熱エネルギーを電力に変えて利用可能にする熱電変換技術を幅広く研究している世界でも数少ない機関の一つ。今後、開発した熱電変換モジュールの長期耐久性と機械的特性を向上させ、産業界での実証実験を経て5年以内に実用化を目指す、と同研究所は言っている。

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