熱・電気直接変換方式による発電デバイスの開発

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03203120
• 研究機関: 山口大学
• 研究代表者: 松原 覚衛 山口大学, 工学部, 教授 (30025986)
• 研究分担者: 嵐 治夫 東北大学, 科研, 助教授 (80006155) ; 松浦 虔士 大阪大学, 工学部, 教授 (70112018) ; 加藤 昭夫 九州大学, 工学部, 教授 (50037727) ; 河本 邦仁 東京大学, 工学部, 助教授 (30133094) ; 島田 昌彦 東北大学, 工学部, 教授 (80029701)
• キーワード: アモルファス金属 / FeSi_2 / プラズマ・プロセス / 薄膜 / 超微粒子 / セラミックス / AMTEC

研究概要

熱電発電(TEC)およびアルカリ金属熱電発電(AMTEC)のブレ-クスル-を目指し、プラズマ・イオンプロセス、超高圧極限条件下での新素材開発と発電デバイスの研究を行った。
1.熱電新素材開発と発電デバイス開発[松原(山口大)、島田(東北大)、河本(東大)、羽坂(長崎大)]
(1)FeSi_2系微粒子(平均粒径〜2μm)をO_2,SiH_4(シラン)プラズマ中で処理することによって、性能指数が従来のものより〜10倍程度アップできた。プラズマ処理により、セラミックス粒界での構造欠陥が減少し、出力因子が増大することを明らかにした。(2)Ruを置換したβーFeSi_2セラミックスについて検討し、Fe_<0.9>Ru_<0.1>Si_2で転移温度1050℃が得られた。(3)熱CVDにより高温度で出力因子の大きいB_<13>C_2(pーtype)を開発した。また、結晶の微細構造がゼ-ベック係数に多大な影響を与えることを示した。(4)スピンキャスト法(回転ロ-ルによる超急冷法)によりFeSi_2系の鉄ケイ化物のフォイルを作製し、これらの構造因子と熱電気的特性との関係についての基礎的デ-タを得た。
2.アルカリ金属熱電発電用のβ"ーアルミナ及び金属電極の開発[加藤(九大)、平田(鹿児島大)]
AMTECの主要材料であるβ"ーアルミナについては、焼結体の密度が高くて粒子サイズが大きいほど耐食性が高い。また電極については、チタン、ニオブの炭化物、窒化物の電極を開発し、発電実験により、その優位性を明らかにした。
3.熱電変換システムの応用開発研究[松浦(阪大)、嵐(東北大)]
(1)熱電デバイスの電力発電システムへの適用可能性について、要素モデルにより検討しその基礎となる熱電材料の諸パラメ-タの測定から、有益な基本的デ-タを得た。(2)多孔質ZrO_2セラミックス電解セルと熱電発電モジュルを併用した新しいタイプの水素製造システムを提案し、これについての基礎的知見を得た。

研究成果

• [文献書誌] K.Matsubara and K.Uemura: "Research activities on thermoelectrics in japan" Programme & Abstracts 10th Int.Conf.Thermoelectrics. 1. 36 (1991)
• [文献書誌] K.Matsubara,N.Minemura,J.Miyata,K.Kishimoto,K.Kawamura,T.Koyanagi and T.Miki: "Thermoelectric properties of FeSi_2 ceramics developed by plasma processing" Programme & Abstracts 10th Int.Conf.Thermoelectrics. 34 (1991)
• [文献書誌] K.Matsubara,K.Kawamura,K.Nagao,Y.Kadonaga and T.Miki: "Characterization of Fe_xSiO(O<x<3)Granular Films by Electron Spin Resonance" JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS. 30. 2569-2573 (1991)
• [文献書誌] K.Kishimoto,S.Kurokami,T.Koyanagi and K.Matsubara: "PREPARATION OF FeーSi FILMS BY PLASMA METALORGANIC CHEMICAL VAPOR DEPOSITION" 第9回「プラズマプロセシング研究会」プロシ-ディングス. 79-82 (1992)
• [文献書誌] T.Kobayashi,H.Takizsawa,T.Endo,T.Sato,M.Shimada,H.Taguchi,and M.Nagao: ""Metal-Insultor Transition and Thermoelectric Properties in the System (R_<1-X>Ca_X)MnO_<3->δ (R:Tb,Ho,Y)"," Journal of Solid State Chemistry. 92. 116-129 (1991)
• [文献書誌] H.Takizawa,P.F.Mo,T.Endo,and M.Shimada,: ""Preparation,Thermal Stability,and Thermoelectric Properties of β-Fe_<1-X>Ru_xSi_2"," Journal of Materials Science.
• [文献書誌] H.Togawa,K.Tsuchida,A.Kato: "Interaction between β-alumina and liquid sodium at 700℃" J.Materials Science Letters. 10. 96-100 (1990)
• [文献書誌] O.Asakami,K.Shibata,T.Hashimoto,K.Tsuchida,and A.Kato,: "ELECTRODE MATERIOALS FOR METAL THERMOELECTRIC CONVERTER(AMTEC)" Proc.the 26th Intersociety Energy Conversion Engineering Conference,. 5. 469-474 (1991)
• [文献書誌] Won-Seon Seo,Chul-Hoon Pai,Kunihito Koumoto,and Hiroaki Yanagida: ""Microstructure Development and Stacking Fault Annihilation in β-Sic Powder Compact"" J.Ceram.Soc.Japan. 99. 443-447 (1991)
• [文献書誌] Yoshihiro Hirata,Takeshi Izaiku,Yoshimi Ishihara: "Synthesis of dense β,β"-alumina ceramics by reaction sintering of Na_2O-containing alumina compact" Journal of Materials Research. 6. 585-591 (1991)
• [文献書誌] Yoshihiro,Hirata,Takeshi Izaiku,Yoshimi Ishihara: "β,β"-Alumina Ceramics by Reaction Sintering of Na_2O-MgO-Al_2O_3" Ceramic Transactions,Vol.22,Ceramic Powder Science IV American Ceramic Society. 22. 521-526 (1991)
• [文献書誌] Yoshihiro Hirata: "Science and Technology of Colloidal Processing" Proceedings of the International Symposium on Fine Ceramics Arita '91,Saga Prefectural Government. 31-46 (1991)
• [文献書誌] Chul-Hoon Pai,Yasuhiro Sasaki,Kunihito Koumoto,and Hiroaki Yanagida: ""Reaction Somteromg of Polycarbosilane-Impregnated Compact of Siilicon Carbide Hollow Particles and the Resultant Thermoekectric Prooperties"" J.Am.Cera.Soc.,. 74. 2922-2924 (1991)
• [文献書誌] Won-Seon Seo,Chul-Hoon Pai,Kunihito Koumoto,and Hiroaki Yanagida: ""Effects of Additives on the Stacking Fault Annihilation in β-Sic Powder Compacts"" J.Ceram,Soc.Japan,. 99. 1179-1184 (1991)
• [文献書誌] 河本 邦仁,関 務,Pai 哲薫,柳田 博明: ""炭化ホウ素のCVD合成と熱電半導体物性"" 日本セラミックス協会学術論文誌. 100. (1992)
• [文献書誌] 嵐 治夫,内藤 均,山内 康弘: "「太陽エネルギ-を用いた高温水蒸気電気分解による水素製造」" エネルギ-資源学会第10回研究発表会講演論文集. 13-18 (1991)