2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of thermoelectric module of the silicide materials synthesized under pressure
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20K04336
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| Research Institution | Okayama University of Science |
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Principal Investigator |
森 嘉久 岡山理科大学, 理学部, 教授 (00258211)
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2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 熱電材料 / Mg2Si / 高圧合成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究課題の目的は，マグネシウムシリサイド半導体（Mg2Si）熱電材料を高圧技術により合成し，その合成物を用いた熱電モジュールを開発することにある．Mg2Siは，500℃周辺の中温領域で発電効率が大きいので，車載用熱電モジュールとしての利用が期待される一方，その実用化には，(1)安価で高効率な発電デバイスとするために不可欠なp型Mg2Si熱電材料を高圧合成により確立すること，(2)素子をデバイス化するために必要な電極の接触抵抗を小さくすること，(3)熱電材料を高温下に長期間放置するときに生じる酸化を抑制することなどが課題として挙げられる．
これまで取り組んできた高圧合成技術の知見を活かしながら，高圧下におけるSPS焼結技術の開発とそれによる合成物の性能評価を実施した．高温下での耐酸化性の課題に対し，一昨年度は昇温・降温の繰り返し実験において48時間程度しか十分な熱電性能が発揮できなかったが，現在では1か月以上経過しても熱電性能が劣化しないような素子の合成に成功した．その要因としては，高圧SPS合成過程における温度・圧力・時間の合成条件を，これまで実施してきた高圧合成実験の知見を活用しながら，最適な合成条件を見出したことにあると考えている．
また熱電モジュールを製作するには素子だけではなく電極部における接触抵抗の低減も課題となっていたが，熱電素子との一体合成を中心に実験した結果，熱電素子およびその両サイドに配置する電極材の全てを原料粉末から仕込んでSPS合成することによって熱電デバイスとしての熱電性能が向上する結果を得た．
このデバイスを複数個連結した熱電モジュールを試作し，実際のエンジンに搭載して性能評価実験をした結果，予想された熱起電力の値を確認することができた．またエンジン搭載の場合，振動も劣化の要因となるので，実験後の電子顕微鏡観察を通じて，デバイスとしての安定性も評価した．
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