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Development of segmented thermoelectric modules using clathrate compounds without toxic materials

Research Project

Project/Area Number 26289377
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypePartial Multi-year Fund
Section一般
Research Field Energy engineering
Research InstitutionYamaguchi University

Principal Investigator

Kishimoto Kengo  山口大学, 創成科学研究科, 助教 (50234216)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 赤井 光治  山口大学, 国際総合科学部, 准教授 (20314825)
小柳 剛  山口大学, 理工学研究科, 教授 (90178385)
Research Collaborator YAMAMOTO Atsushi  
Project Period (FY) 2014-04-01 – 2017-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2016)
Budget Amount *help
¥10,660,000 (Direct Cost: ¥8,200,000、Indirect Cost: ¥2,460,000)
Fiscal Year 2016: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2015: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2014: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000)
Keywords熱電材料 / 熱電発電モジュール / セグメント型 / クラスレート化合物 / タイプ2クラスレート / タイプ9クラスレート / 熱電発電 / クラスレート / 環境物質未使用 / 発電モジュール / K8Ba16Ga40Sn96
Outline of Final Research Achievements

We fabricated both p- and n-type segmented thermoelectric elements using group-IV-element (Sn, Ge, Si)-based clathrate compounds. The segmented elements had mechanical strength enough to withstand device processing and had little contact electrical resistance. Power generation modules fabricated using them worked normally. The obtained power generation characteristics almost agreed with the estimation value from the thermoelectric properties of the constituent materials. We also developed Sn-based type-II clathrate sintered samples having high thermoelectric performance.

Report

(4 results)
  • 2016 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2015 Annual Research Report
  • 2014 Annual Research Report
  • Research Products

    (27 results)

All 2017 2016 2015 2014

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Acknowledgement Compliant: 4 results) Presentation (19 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results) Book (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (3 results)

  • [Journal Article] Preparation and thermoelectric properties of sintered type-II clathrates (K,Ba)24(Al,Sn)1362017

    • Author(s)
      Suguru Utsunomiya, Kengo Kishimoto, Shota Koda, Koji Akai, Hironori Asada, Tsuyoshi Koyanagi
    • Journal Title

      Journal of Alloys and Compounds

      Volume: 693 Pages: 1039-1044

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2016.09.231

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Synthesis and thermoelectric properties of semiconducting germanium-based type-II clathrate (K,Sr)24(Ga,Ge)1362017

    • Author(s)
      Kengo Kishimoto, Suguru Utsunomiya, Koji Akai, Hironori Asada, Tsuyoshi Koyanagi
    • Journal Title

      Journal of Alloys and Compounds

      Volume: 695 Pages: 1610-1616

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2016.10.305

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
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  • [Journal Article] Thermoelectric properties of sintered type-II clathrates (K,Ba)24(Ga,Sn)136 with various carrier concentrations2015

    • Author(s)
      Kengo Kishimoto, Shota Koda, Koji Akai, Tsuyoshi Koyanagi
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics

      Volume: 118 Issue: 12

    • DOI

      10.1063/1.4931433

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      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Thermoelectric and transport properties of sintered n-type K8Ba16Ga40Sn96 with type-II clathrate structure2014

    • Author(s)
      Shota Koda, Kengo Kishimoto, Koji Akai, Hironori Asada, Tsuyoshi Koyanagi
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics

      Volume: 116 Issue: 2

    • DOI

      10.1063/1.4889822

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  • [Presentation] Type-IXクラスレート化合物(K,Ba)6(Ga,Sn,Ge)25の作製と熱電気的特性2016

    • Author(s)
      近藤恭平, 岸本堅剛, 赤井光治, 浅田裕法, 小柳剛
    • Organizer
      第13回日本熱電学会学術講演会
    • Place of Presentation
      東京理科大学葛飾キャンパス(東京都葛飾区)
    • Year and Date
      2016-09-06
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      高島大輝, 岸本堅剛, 小柳剛, 赤井光治, 浅田裕法, 長瀬和夫, 高澤弘幸, 山本淳
    • Organizer
      第13回日本熱電学会学術講演会
    • Place of Presentation
      東京理科大学葛飾キャンパス(東京都葛飾区)
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      2016-09-05
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      脇山智之, 石川雄基, 岸本堅剛, 赤井光治, 浅田裕法, 小柳剛
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      第13回日本熱電学会学術講演会
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      東京理科大学葛飾キャンパス(東京都葛飾区)
    • Year and Date
      2016-09-05
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      宇都宮卓, 岸本堅剛, 赤井光治, 浅田裕法, 小柳剛
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      第63回応用物理学会春季学術講演会
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      東京工業大学(東京都目黒区)
    • Year and Date
      2016-03-21
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  • [Presentation] クラスレート化合物を用いたセグメント型熱電モジュールの作製2016

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      石川雄基, 土谷陽平, 岸本堅剛, 小柳剛, 長瀬和夫, 高澤弘幸, 山本淳, 赤井光治, 浅田裕法
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      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東京工業大学(東京都目黒区)
    • Year and Date
      2016-03-21
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  • [Presentation] Type-Ⅸクラスレート化合物K3Ba3MSn24-xGex(M=Al,Ga,In)の作製と熱電気的特性2015

    • Author(s)
      近藤恭平, 岸本堅剛, 赤井光治, 小柳剛, 浅田裕法
    • Organizer
      第12回日本熱電学会学術講演会
    • Place of Presentation
      九州大学(福岡県春日市)
    • Year and Date
      2015-09-08
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  • [Presentation] タイプII構造クラスレート半導体K-Ba-Ga-Snの電子構造と熱電特性向上の検討2015

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      赤井光治, 岸本堅剛, 小柳剛, 山本節夫
    • Organizer
      第12回日本熱電学会学術講演会
    • Place of Presentation
      九州大学(福岡県春日市)
    • Year and Date
      2015-09-08
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  • [Presentation] 擬ポテンシャルコードを用いたタイプII構造Snクラスレート半導体の構造評価2015

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      藤田遼, 赤井光治, 岸本堅剛, 小柳剛, 栗巣普揮, 山本節夫
    • Organizer
      第12回日本熱電学会学術講演会
    • Place of Presentation
      九州大学(福岡県春日市)
    • Year and Date
      2015-09-08
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      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 熱電発電モジュールの特性シミュレーション2015

    • Author(s)
      小柳剛, 岸本堅剛, 石川雄基, 山本淳, 長瀬和夫, 高澤弘幸
    • Organizer
      第12回日本熱電学会学術講演会
    • Place of Presentation
      九州大学(福岡県春日市)
    • Year and Date
      2015-09-07
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      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] クラスレート化合物を用いたセグメント型熱電発電モジュールの作製と特性評価2015

    • Author(s)
      石川雄基, 土谷陽平, 岸本堅剛, 小柳剛, 長瀬和夫, 高澤弘幸, 山本淳, 赤井光治, 浅田裕法
    • Organizer
      第12回日本熱電学会学術講演会
    • Place of Presentation
      九州大学(福岡県春日市)
    • Year and Date
      2015-09-07
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      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Segmented thermoelectric modules using type-VIII Ba-Ga-Sn and type-I Ba-Ga-Ge clathrate compounds2015

    • Author(s)
      K. Kishimoto, Y. Tsuchiya, T. Koyanagi, K. Nagase, H. Takazawa, Y. Ishikawa, K. Akai, H. Asada, A. Yamamoto
    • Organizer
      The 34th International & 13th European Conference on Thermoelectrics
    • Place of Presentation
      Dresden, Germany
    • Year and Date
      2015-06-30
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      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] First-principles study of electronic structure on PGEC Clathrates K-Ba-Ga-Sn2015

    • Author(s)
      K. Akai, K. Kishimoto, T. Koyanagi, S. Yamamoto
    • Organizer
      The 34th International & 13th European Conference on Thermoelectrics
    • Place of Presentation
      Dresden, Germany
    • Year and Date
      2015-06-29
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      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] クラスレート化合物を用いたセグメント型素子の熱電発電特性2015

    • Author(s)
      土谷陽平, 岸本堅剛, 石川雄基, 赤井光治, 浅田裕法, 小柳剛
    • Organizer
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東海大学湘南キャンパス
    • Year and Date
      2015-03-13
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] type-IIクラスレート化合物K8Ba16Al40Sn96の作製と熱電気的特性2015

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      宇都宮卓, 幸田翔大, 岸本堅剛, 赤井光治, 浅田裕法, 小柳剛
    • Organizer
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東海大学湘南キャンパス
    • Year and Date
      2015-03-13
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] タイプ2構造Snクラスレートの電子状態に対する元素添加効果2015

    • Author(s)
      赤井光治, 岸本堅剛, 小柳剛, 山本節夫
    • Organizer
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東海大学湘南キャンパス
    • Year and Date
      2015-03-13
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] タイプ2構造Snクラスレート半導体の電子構造と熱電特性の検討2014

    • Author(s)
      赤井光治, 岸本堅剛, 小柳剛, 山本節夫
    • Organizer
      第11回日本熱電学会学術講演会
    • Place of Presentation
      物質材料研究機構
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      2014-09-29
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] type-IIクラスレート化合物K8Ba16Ga40Sn96の熱電特性に及ぼす元素置換効果2014

    • Author(s)
      岸本堅剛, 幸田翔大, 宇都宮卓, 赤井光治, 浅田裕法, 小柳剛
    • Organizer
      第11回日本熱電学会学術講演会
    • Place of Presentation
      物質材料研究機構
    • Year and Date
      2014-09-29
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  • [Presentation] Type-III Cs-Na-Snクラスレート焼結体の作製と熱電気的特性2014

    • Author(s)
      藤津順也, 岸本堅剛, 赤井光治, 浅田裕法, 小柳剛
    • Organizer
      第11回日本熱電学会学術講演会
    • Place of Presentation
      物質材料研究機構
    • Year and Date
      2014-09-28 – 2014-09-29
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  • [Presentation] クラスレート化合物を用いたセグメント型熱電素子の作製工程検討2014

    • Author(s)
      土谷陽平, 岸本堅剛, 石川雄基, 赤井光治, 浅田裕法, 小柳剛
    • Organizer
      第11回日本熱電学会学術講演会
    • Place of Presentation
      物質材料研究機構
    • Year and Date
      2014-09-28 – 2014-09-29
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      2014 Annual Research Report
  • [Book] 「熱電変換材料実用・活用を目指した設計と開発~材料技術/モジュール化/フレキシブル化/実用例~」の第2章第6節「クラスレート熱電変換材料の特性とモジュール化」を分筆2014

    • Author(s)
      岸本堅剛, 小柳剛
    • Publisher
      情報機構
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      2014 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] セグメント型熱電発電モジュール2017

    • Inventor(s)
      山本淳, 長瀬和夫, 岸本堅剛, 小柳剛, 赤井光治
    • Industrial Property Rights Holder
      山口大学(権利持分50), 産業技術総合研究所(同50)
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2017-047721
    • Filing Date
      2017-03-13
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] タイプ2クラスレート化合物及び該化合物よりなる熱電変換素子2015

    • Inventor(s)
      岸本堅剛,小柳剛,赤井光治
    • Industrial Property Rights Holder
      山口大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2015-108913
    • Filing Date
      2015-05-28
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] タイプ2クラスレート化合物及び該化合物よりなる熱電変換素子2015

    • Inventor(s)
      岸本堅剛, 小柳剛, 赤井光治
    • Industrial Property Rights Holder
      山口大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2015-058493
    • Filing Date
      2015-03-20
    • Related Report
      2014 Annual Research Report

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Published: 2014-04-04   Modified: 2018-03-22  

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