産総研など、フレキシブルで高出力な熱電モジュールを開発

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今回開発した高出力フレキシブル熱電モジュール

産業技術総合研究所(産総研)は2018年1月23日、豊島製作所およびEサーモジェンテックと共同で、配管などに使用可能なフレキシブルで高出力な熱電モジュールを開発したと発表した。

IoTが普及する中、無線センサーなどへの電源として、排熱を利用した熱電モジュールの活用が期待されているという。もし、温水やガス配管などの未利用熱を熱電交換できれば、工場プラントなどでのセンサー電源に利用できるため維持や管理が容易となる。また、大量の廃熱から電力を回収できれば省エネにも貢献できる。しかし、従来の平面型熱電モジュールは曲がらないために、配管などの熱が効率良く伝わらず、熱回収効率が悪いという課題があった。

今回研究グループは、曲面でも設置できるようにフレキシブル基板と、以前から電子冷却用素子として利用されている熱電材料のビスマス・テルル素材を使用し、平面型と比較して特に配管などでの熱回収効率の良いフレキシブル熱電モジュールを共同開発した。

今回開発した熱電モジュールは、ビスマス・テルル材に遷移金属をドーピング(望ましい性質を持つ半導体を得るために半導体に不純物を添加すること)した熱電素子を使用。発電性能を従来の1.5倍に向上させてフレキシブル基板に実装したものだ。このモジュールの発電性能を測定したところ、湾曲した熱源に対して、温度差70℃で発電出力87mW/cm²の高い性能を示した。さらに、その材料を従来より安価かつ大量に生産できるビスマス・テルルのインゴット製造プロセスも確立した。これにより、工場プラントの温水やガス配管などの曲面状の熱源を利用できるようになることから、廃熱を活用した発電の拡大が期待されるという。

今後は、今回開発したフレキシブル熱源モジュールの長期信頼性の実証や熱電材料の性能向上などの共同開発を進めるとしている。また、同モジュールに電源回路や放熱機構を統合した熱電発電システムの開発、製品化を目指すという。

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