汎用元素のみで構成する熱電発電モジュールを開発――材料費を大幅削減、希少・毒性元素を含まず、低温度域で発電可能 NEDOなど

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(左)開発した熱電発電モジュール(右)IoT機器の試作機と、データ受信状況

新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)は2019年8月21日、物質・材料研究機構(NIMS)、アイシン精機、茨城大学と共同で、環境調和性に優れる鉄-アルミニウム-シリコン系熱電材料を使った熱電発電モジュールを世界で初めて開発したと発表した。

IoT機器の爆発的増加が予想されている昨今、多数のIoT機器に電力を供給する小型自立電源の開発が求められている。中でも、温度差を電気エネルギーに変換する熱電発電は、その一翼を担う発電技術として期待されている。しかし、これまでの熱電材料は、希少元素や毒性元素を含むという問題があった。そのため、環境調和性/耐酸化性/機械特性を併せ持ち、低温度域で高い出力を得られる高性能な熱電発電モジュールの開発が望まれていた。

そこで、研究グループは今回、実験と人工知能(AI)を組み合わせることで、材料の混合割合を最適化。鉄-アルミニウム-シリコン系熱電材料を高性能化させ、IoT機器やBLE(Bluetooth Low Energy)通信を低温熱源で駆動することに成功した。さらに、アイシン精機が保有する製造技術を応用することで、同熱電材料の小型熱電発電モジュールを世界で初めて開発。この熱電発電モジュールは、従来のビスマス-テルル系化合物ではなく汎用元素のみで構成されるため、熱電材料費を1/5以下に削減できる可能性があるという。また、低温熱源での発電が可能である上、大気中で650℃まで安定な化学的/熱的安定性、耐酸化性を有し、機械特性/加工性をも兼備しているという。

研究グループは、この成果から、センサー/自立電源一体型システムの構築が前進し、超スマート社会を支える電源技術としての社会実装が期待できると説明している。なお、この成果は、8月29日から30日まで、東京ビッグサイトで開催される「イノベーション・ジャパン2019」で展示する予定だ。

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