Synthesis of high-power thermoelectric materials to utilize unused low-temperature heat sources

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H02469
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 26040:Structural materials and functional materials-related
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: Takagiwa Yoshiki 国立研究開発法人物質・材料研究機構, エネルギー・環境材料研究拠点, グループリーダー (90549594)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 温度差発電材料 / 発電モジュール / 合成プロセス / 組成探索 / 実証試験

Outline of Final Research Achievements

This research project aims to develop a new thermoelectric material that achieves output characteristics comparable to those of existing bismuth-telluride materials and enables small temperature difference power generation at around room temperature based on iron-aluminum-silicon thermoelectric materials (FAST materials). The thermoelectric properties were optimized by controlling the composition of P- and N-type FAST materials synthesized by the casting method. As a result, high Seebeck coefficients exceeding 130 μV/K were obtained for both P- and N-type materials, resulting in higher electrical power output. Furthermore, power generation and demonstration tests using highly integrated thermal power generation modules of FAST materials were conducted, and issues for social implementation were extracted.

Free Research Field

材料物性

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

温度差発電技術を普及させるためには、コスト・安全性の観点から、既存材料であるビスマス・テルル系材料を代替する新材料が必要である。室温近傍の低温排熱を利用するモジュールの普及が進めば、様々なセンサーを駆動させることにできる自立電源としての一翼を担うことが可能になる。社会実装に至るためには材料の資源性および生産コストも重要項目である。このような観点から、地殻中に含まれる元素で第１位の酸素を除く上位３つの元素である鉄・アルミニウム・シリコンのみから構成されるFAST材は、既存材料を代替する材料として大きな可能性を秘めており、安全・安価な材料として供給できる点に大きな社会的意義がある。