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Establishment of HHP sintering technology for enabling densification of heat-unstable cobalt compounds and applications to thermoelectric materials

Research Project

Project/Area Number 21K04715
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 26050:Material processing and microstructure control-related
Research InstitutionKanagawa Institute of Technology (2022-2023)
Ube National College of Technology (2021)

Principal Investigator

Shigeno Koichi  神奈川工科大学, 工学部, 教授 (60707131)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 山崎 友紀  法政大学, 経済学部, 教授 (50311048)
相馬 岳  香川高等専門学校, 機械電子工学科, 教授 (60508266)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Keywords熱電材料 / コバルト層状化合物 / セラミックス / 酸化剤 / 水熱ホットプレス / コールドシンタリング
Outline of Research at the Start

熱電材料は温度差を起電力に変換できるため、材料特性次第ではクリーンな新エネルギー源としてのポテンシャルを有する。申請者は最近、セラミック系熱電材料では最高レベルの性能を持つCo層状化合物を出発物質とし、酸化還元法により種々の層間距離を有する粉末合成に成功した。もし緻密化できれば高性能熱電材料として有望だが、これらの化合物は熱安定性に難がある。種々の方法を模索した結果、HHP(水熱ホットプレス)焼結が極めて効果のあることを見出した。従って、本研究では、HHP焼結を用いた熱安定性のないCo層状化合物粉末の緻密化手法の確立とそれを利用した高性能熱電材料の開発に取り組む。

Outline of Final Research Achievements

Starting with NCO (NaxCoO2) powder, a Co-layered compound with the highest level of thermoelectric performance among oxides, we synthesized compound powders with a wide interlayer distance using a simple redox method. However, these compounds had problems with thermal stability. We, therefore, discovered that the HHP (hydrothermal hot pressing) method, in which a small amount of aqueous solution is added to the powder and pressure is applied, followed by heat treatment at less than 300 °C, and the CSP (cold sintering process) method, which is essentially equivalent to HHP, have a densification effect. When high pressure was applied and heat-treated at 150 °C or higher, densification to a relative density of approximately 80% or more was promoted. The thermoelectric properties of the compounds with a wide interlayer distance surpass those of the starting material NCO when sintered by the above method.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究成果における学術的意義は、本研究で用いたCo層状化合物など機能性材料としてのポテンシャルはあるが熱安定性のない物質を緻密化する手法の1つとして水熱ホットプレス法の可能性を見出すことができた点にある。今後、低温での緻密化メカニズム解明を行ううえでの基礎となるデータが得られたものと考えられる。
本研究成果における社会的意義は、本手法が省エネルギー化に直接貢献するとともに、今後における焼成条件や助剤の改良により、高性能な機能性材料の開発が期待される点にある。

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (3 results)

All 2023 2022

All Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Presentation] Densification of Cobalt Layered Compound with Narrow Interlayer Distance by Hydrothermal Hot Pressing for Thermoelectric Applications2023

    • Author(s)
      Koichi Shigeno, Fumiki Shirakawa, Takeshi Souma, Yuki Yamasaki, Hirotaka Fujimori
    • Organizer
      MRM2023/IUMRS-ICA2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] コバルト酸ナトリウムへの酸化剤の添加による種々の層間距離を有するコバルト層状化合物粉末の合成と熱電特性2023

    • Author(s)
      茂野交市, 日下涼, 白川典輝, 藤森宏高
    • Organizer
      第23回 MRS-J 山口大学支部 研究発表会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 過硫酸アンモニウムの添加によるコバルト層状化合物の層間距離の変遷2022

    • Author(s)
      山本皓介, 茂野交市
    • Organizer
      第24回化学工学会学生発表会, オンライン, H21.
    • Related Report
      2021 Research-status Report

URL: 

Published: 2021-04-28   Modified: 2025-01-30  

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