| 研究概要 |
本研究では,高効率熱電発電システムの実現に向け,相互に関連する以下の項目に着目して検討を進めている.本年度の研究実績を以下にまとめる.
1)中高温用熱電発電モジュール製造技術の開発
水素化金属を用いた金属電極-熱電発電素子の接合条件を確保し,CoSb系熱電素子については多カップルモジュールを一括作成する工法についても検討した.接合したモジュールは耐熱試験中に低電気抵抗状態を維持するだけでなく,素子基本熱電性能に近い特性を示した,なお,試験温度で酸化のため座屈するp型CoSb_3を除き,いずれも表面層は酸化されるが内部にまで及んでいなかった.耐酸化コート剤の効果についても検討した.
2)熱電発電材料の性能改善と電子状態理論計算
シリサイド系熱電材料化合物MgSiの材料作成プロセスを検討し,微細化,高密度化による高性能化の可能性を示した.また,高分解能の光電子分光装置を使ってYbFe_4Sbl_2の電子構造を調べた.さらに,Siクラスレートに貴金属をドープした場合について電子状態を理論計算した.特に,第1原理計算により明らかにしたタイプI構造クラスレートとシリサイド化合物の電子構造は,実験結果をよく説明した.スクッテルダイトCoSb_3などの物質系に対応する熱電特性理論も展開した.
3)熱電発電モジュールー体型熱交換器の高性能化
これまでに開発した一体型熱交換器を用いて熱交換器特性試験を行った.モジュールに加わる温度差を引き上げる為に,(1)接触するように組み合わせた熱回収フィン構造と(2)モジュール電極と熱交換器基板の密着性確保が重要であることを見出した.測定した熱変換効率は数値シミュレーションにより予測した値に迫るものであり,冷却側に用いた伝熱シート材の有効性を示すとともに,電気絶縁層を挟んだ金属電極とジュラルミン素材の接合の必要性を示唆した.
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