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