NEDOなど、中高温域で熱電変換可能なクラスレート焼結体U字素子を開発

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新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)と古河電気工業は2017年11月17日、中高温域での熱電変換を実現するクラスレート焼結体U字素子を開発したと発表した。

熱電変換技術は、固体のゼーベック効果を利用して排熱から直接電力を得られる技術で、工場排熱や自動車エンジンなど、中高温域といわれる200~800℃の未利用熱の活用が期待されている。しかし、中高温域で熱電性能の高い材料は、鉛、テルル、アンチモン、セレン、タリウムなど、毒性が高く希少で低融点の元素から構成。空気中での使用には工夫が必要なことなどから、広く利用されるには至っていない。

そこで今回、NEDOなどは、シリコンクラスレート化合物からなるP型およびN型焼結体が一体となった高温電極レスのU字素子を開発。P型、N型ともに同系の材料で構成しているため、線膨張係数などの物性値に大きな差異がなく、また、高温側の金属電極と絶縁性基板を無くしたことで高温耐性も得られたと説明している。

さらに、炎にかざすと50mVの電圧が得られる同素子を8個用い、低温側に金属電極を配し、電気的に直列に、熱的に並列に配置した、8対ハーフスケルトンモジュールを開発。約800℃のろうそくの炎にかざし、小型のモーターを回転させることに成功した。

小さな炎で電気を起こしている様子

今回の開発を基に、工業炉や自動車エンジンの排熱など中高温域で未利用熱エネルギーを電力に変換する高出力熱電発電モジュールの実現を目指すとしている。また、他分野への応用として、コンロに設置した小型発電システム案を提示。防災備蓄品のカセットコンロと組み合わせることで、スマートフォンなどの小型電子機器への充電などの活用も期待できるとしている。

円周状配置のハーフスケルトンモジュールと応用例(コンロ)

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