| 研究課題/領域番号 |
15K06479
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| 研究機関 | 横浜国立大学 |
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研究代表者 |
中津川 博 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (40303086)
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| 研究分担者 |
齋藤 美和 神奈川大学, 工学部, 助教 (60594215)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 熱電特性 / 熱電変換材料 / 熱電変換モジュール / p型素子 / n型素子 / 無次元性能指数 / ペロフスカイトFe酸化物 / スピン状態 |
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| 研究実績の概要 |
熱電変換技術に基づいた熱電発電は、自動車や火力発電所から排出される廃熱をエネルギー変換効率10%程度で電気エネルギーに直接変換する廃熱回収技術である。熱電変換材料に要求される条件は、熱化学的に安定で、高温大気中で長時間利用可能であり、地球上に豊富に存在する無毒の元素で構成される化合物であることが挙げられる。従来型の熱電変換材料は、低融点や毒性・高温での酸化・高コストといった問題を抱えており、広く発電材料として普及するまでには至っていない。
一方、酸化物熱電変換材料は、モジュール製造にセラミックスプロセスが流用でき、酸化防止被膜などを用いる必要が無く、高温大気中や火炎中で長時間安定にして発電が期待できるなど、その低コストと安定性が非常に魅力的な材料である。しかしながら、従来型の熱電変換材料と異なり、単一の母相からp型及びn型素子を提供できる材料系が見つかっていない為、酸化物モジュール構築には、高温に晒されるpn接合部分の安定性、電極・集電体の選択、熱膨張率の不一致や電極-素子間の相互拡散など解決すべき技術的課題が残されている。
本研究は、①Mnペロフスカイト酸化物の中から単一母相でpn素子作製の可能性、②高いp型の熱電特性が報告されているFe及びCrペロフスカイト酸化物の中からZT～0.5前後の組成を材料探索し、高いn型の熱電特性を示すMnペロフスカイト酸化物との間で同一結晶構造によるpn素子作製の可能性、及び、③酸化物熱電変換モジュールによる未利用廃熱回収発電の可能性を解明することを目的として、多結晶試料の熱電特性を明らかにし、熱電変換素子への応用の可能性を検証した。
その結果、Fe3+のスピン状態を制御し中間スピンFe3+が多数を占めるペロブスカイトFe酸化物多結晶試料を作製し熱電特性を評価することにより、そのp型或いはn型熱電特性を明らかにすることが重要であるという知見を得た。
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