研究内容

酸化物型熱電材料

酸化物型熱電材料

熱電発電は、固体半導体素子により温度差から電力を直接発生させるエネルギー変換技術で、小型 軽量・無可動部・無排出・高信頼性という点で他の追随を許さない長所を持っています。現状では発電 効率がまだ低く、民生化はごく一部の特殊用途にとどまっていますが、最近、熱電発電には小規模な エネルギー変換システムとして期待が集まっており、分散した廃熱エネルギーの回収再利用に最適な 技術の一つとして、我が国でもゴミ焼却炉や自動車排ガスの廃熱を利用した熱電発電システムの実用 化研究が進められています。

熱電発電の効率は、素子の内部抵抗を決める電気伝導度 σ、温度差あたりの出力電圧を決める Seebeck 係数 S、および熱の流れに対して維持できる温度差を決める熱伝導率 κ に支配され、無次元 性能指数 ZT = S 2 σT/κ が大きいほど変換効率は向上します。T は平均の作動温度なので、高温で使 える材料ほど高効率が得られるわけです。ZT=1 が実用化のラインと言われています。

現在までに研究されている熱電発電システムでは、Bi 2 Te3 系と PbTe などの金属材料が主です。し かし、Bi や Pb、Te など主として重元素からなるこれらの化合物半導体は耐熱性や耐酸化性に乏しく、 高温における気化蒸発や酸化分解とそれによる毒性や環境汚染、さらに原料、製造、リサイクルに関 わるコストやリスクなどの問題は実用化を考えると困難を伴います。

これに対し、弊社で注力している金属酸化物系熱電材料はセラミックスなどの形で一般社会に広く浸 透しており、一般に高温大気中でも安定で、低毒性かつ安価であり、低コストの製造プロセスも確立し ているので、広範な実用化を考える上で極めて有利だと考えられます。また、800℃を超える高温度領 域に対しては、金属よりもむしろ酸化物の方が安定性を含め優れた材料です。

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