Development of High-Performance Thermoelectric Materials by Local Structure Control of Cu-S-based Tetrahedral Network
| Project/Area Number |
20H02440
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥18,200,000 (Direct Cost: ¥14,000,000、Indirect Cost: ¥4,200,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2020: ¥11,180,000 (Direct Cost: ¥8,600,000、Indirect Cost: ¥2,580,000)
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| Keywords | 熱電材料 / 熱電物性 / 硫化物 / 銅ー硫黄系化合物 / 格子間原子 / 熱伝導率 / 銅硫化物 / 出力因子 / 熱電変換 |
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| Outline of Research at the Start |
熱エネルギーを電気エネルギーに直接変換できる熱電物質は、未利用熱を電力として回収する熱電発電への応用が期待されている。本研究では、熱電物質として有望な人工銅硫化物を対象として、結晶構造の局所的特徴が熱電物性に与える影響を系統的に調べ、得られた知見を基にして熱電性能を高める。具体的には、出力因子の向上と格子熱伝導率の低減をもたらす局所構造を同定し、それらを併せ持つ高性能な材料を創製する。
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| Outline of Final Research Achievements |
In this study on copper-sulfur-based compounds, we revealed impacts of local structure in the tetrahedral framework on the thermoelectric properties and enhanced the thermoelectric conversion performance by controlling the local structure. Specifically, for a compound, colusite, reduction in the thermal conductivity and enhancement of the power factor were achieved by the introduction of interstitial atoms and vacancies, and elemental substitution, leading to a good performance (dimensionless figure of merit, ZT=0.8-0.9 at 673 K). Impacts of local structure on the electrical and thermal properties were also investigated for other compounds.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
固体のゼーベック効果を利用する熱電発電は、未利用熱から電力を回収する手段として注目されている技術である。その固体、つまり熱電変換材料の性能向上に向けた取り組みが、現在、世界的に進められている。本研究では、資源豊富で安価、かつ低毒性な元素である銅と硫黄を主成分とする化合物について、結晶構造の局所的特徴が熱電物性（電気的、熱的特性）に与える影響を解明すると共に高性能化を達成した。得られた知見は、高性能な熱電変換材料の開発に貢献するものであり、高効率な熱電発電の実現に結び付くものと期待される。
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Report
(4 results)
Research Products
(22 results)
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[Journal Article] Key Role of d0 and d10 Cations for the Design of Semiconducting Colusites: Large Thermoelectric ZT in Cu26Ti2Sb6S32 Compounds2021
Author(s)
Takashi Hagiwara, Koichiro Suekuni, Pierric Lemoine, Andrew R. Supka, Raju Chetty, Emmanuel Guilmeau, Bernard Raveau, Marco Fornari, Michihiro Ohta, Rabih Al Rahal Al Orabi, Hikaru Saito, Katsuaki Hashikuni, Michitaka Ohtaki
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Journal Title
Chemistry of Materials
Volume: 33
Issue: 9
Pages: 3449-3456
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] Cu26Ti2Sb6－xGexS32 colusite with high thermoelectric performance2021
Author(s)
Takashi Hagiwara, Koichiro Suekuni, Pierric Lemoine, Andrew R. Supka, Raju Chetty, Emmanuel Guilmeau, Bernard Raveau, Marco Fornari, Michihiro Ohta, Rabih Al Rahal Al Orabi, Hikaru Saito, Katsuaki Hashikuni, Michitaka Ohtaki
Organizer
1st Japan－France Virtual Workshop on Thermoelectrics
Related Report
Int'l Joint Research
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