Transcript 熱電変換 - 千葉大学
千葉大学 大学院 工学研究科 准教授
西山 伸
エネルギー問題
つきつめれば、エネルギー
変換問題
有用なのは電気エネルギー
のみ
• ただ保管がきかない
枯渇燃料
火力発電
熱を大規模に発生させて、タービンを回して発
電
燃料の高騰
CO2の発生
ガスでも同じ
原子力発電
原理は同じ
CO2は発生しないが安全性に乏しくこりごり
核のゴミが発生
再生可能エネルギー
余談 renweable
無尽蔵にあるエネルギーを使用
太陽光発電
目下最右翼
安定性に難
風力発電
やはり安定性
送電のためのコスト
地熱発電
可能性が高いと考えられるが………
地熱エネルギー
安定して供給 365日24時間
広く分散
温度が低い
→ 低沸点化合物を使うのが普通
既に観光資源として使われている
規制に阻まれて開発できない
熱電発電
素子のゼーベック効果を用いて熱エネルギー(温度差)を電
気エネルギーに変換する方法
特徴
小型軽量
無騒音
環境にやさしい
現状での利用
人工衛星用発電
腕時計
焼却炉の廃熱利用発
電(予定)
H.T.
L.T.
e
e
e
(+)
(-)
V
ゼーベック効果
変換効率の高い
材料が必要!
合金系 熱電発電材料
ビスマスとテルルの化合物など
一部で既に実用化
効率はそこそこ
高温で融解
イオンを含む水溶液に溶解・腐食
環境負荷が高い
希少性が高い → ハイコスト
酸化物 熱電発電材料
利点
技術的にかなり開発が進んでいる
環境安全性、他
欠点
低効率
最高でも5-6%程度
闇雲に探しては数限りがない
理由を考慮すべき
価格も考慮すべき
熱電発電材料に求められる特性
高い変換効率
高温安定性(耐
熱性、化学的安
定性)
p型-n型半導体
環境安全性
- 高いゼーベック係数(α)
- 高い電気伝導度(σ)
- 低い熱伝導率(κ)
・熱電変換性能指数
2
Z =
-1
20
873 K
773 K
673 K
573 K
-6
2
複合とは2つ以上の
物質を合わせること
ナノ複合とはそのう
ちの一つが非常に小
さい粒子であること
ナノ複合により特異
的に高い性能を示す
西山はそこに可能性
を見いだした
Power factor /×10 Wm K
-2
ナノ複合
10
0
0
0.1
0.2
Fe Content, x
0.3
Fig2. Composition dependence
of power factor of AgSbO 3 (2).
ナノ複合の方法
直接ナノ粒子を混合させる
イオン化傾向を利用
熱力学を利用
2成分系状態図を参考
チープなナノ複合材料
チープ = たくさん、ありふれて存在
する
チープな酸化物材料を選択
鉄―チタン系
ナノ複合を作り導電率もそこそこ高いこと
が分かっている
割合の異なる試料をたくさん作って測定し
たい