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2013 年度 実績報告書

低環境負荷・中高温域カスケードモジュール用フラッシュ合成製ナノ熱電材料の開発

研究課題

研究課題/領域番号 24360400
研究機関北海道大学

研究代表者

沖中 憲之  北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20250483)

研究分担者 秋山 友宏  北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50175808)
研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
キーワードナノ材料 / 熱電変換 / 排熱利用 / 環境材料 / 不定比酸化物 / 格子欠陥 / 燃焼合成 / フラッシュ合成
研究概要

色々な分野で発生する熱エネルギーの大部分は,現在,未利用のまま捨てられている。熱電発電は,地球温暖化対策とも相まって,この廃熱エネルギーを回収する小規模なエネルギー変換システムとして期待されている。しかし,従来の熱電材料は重金属等の有害化危惧物質を含んだ材料が多く,環境負荷の少ない材料が望まれている。この点において酸化物熱電材料は環境負荷が少なく,金属の熱電材料では問題になる高温大気中における安定性も高い。
化学量論比からずれた不定比金属酸化物半導体は,酸素の欠乏量,過剰量によりキャリア濃度を制御可能である。不定比組成を厳密に制御できれば,有用な熱電材料になる。一方,燃焼合成法の一種であるフラッシュ合成法は,任意の不定比組成を有する不定比金属酸化物をサブマイクロメートルの粒子径で合成可能な手段であり,酸化物熱電材料を作製するのに非常に有用な方法である。このため,フラッシュ合成法を粉末酸化物の製作に適用し,
1.n型熱電半導体の最適組成の検討:24年度で絞り込んだn型熱電半導体における組成の最適化を実施した。また,熱的安定性の観点からも材料・組成を検討した。
2. 金属酸化物粉体の固化成形方法の検討:24年度で研究した種々の焼結手法,微細な不定比金属酸化物粉体を用いた,焼結条件等,固化成形条件の最適化を実施し,パルス通電焼結が有効であるとの知見を得た。
3. 研究成果の発表:積極的に成果の発表を行い,他の研究者からの助言,批判を受けた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

研究業績の概要に記載の通り,当初計画の本年度研究目標を達成した。

今後の研究の推進方策

1.カスケード型熱電モジュールの試作:平成24年度,25年度において決定した中・高温用p型,n型それぞれの熱電材料を用いて,カスケード型熱電発電モジュールを試作し,その性能を評価する。
2.総合的評価:p型,n型熱電半導体材料の最適組成及び金属酸化物粉体の固化成形方法,試作した熱電モジュールに関する総合的な評価・検討を行う。
3. 研究成果の発表:24年度,25年度と同様に積極的に成果の発表を行い,他の研究者からの助言,批判を受ける。助言や批判の内容はそれぞれの検討課題へフィードバックさせる。

次年度の研究費の使用計画

大型の特注装置の購入を予定していたが,小型の特注装置の購入と現有設備の改造の方が安価かつ本研究に適していると判断し,小型の特注装置の購入と現有設備の改造を実施した結果,当初予算との差額が発生した。
次年度は「カスケード型熱電モジュールの試作・評価」に研究の重点を置くので,関連する評価装置の購入に使用する。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2013

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件) 学会発表 (3件)

  • [雑誌論文] Heat Release Performance of Direct-Contact Heat Exchanger with Erythritol as Phase Change Material2013

    • 著者名/発表者名
      T. Nomura, M. Tsubota, T. Oya, N. Okinaka, T. Akiyama
    • 雑誌名

      Applied Thermal Engineering

      巻: 61 ページ: 28-35

    • DOI

      10.1016/j.applthermaleng.2013.07.024

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Application of Metal Hydride Sheet to Thermally Driven Cooling System2013

    • 著者名/発表者名
      N. Yasuda, T. Tsuchiya, N. Okinaka, T. Akiyama
    • 雑誌名

      International Journal of Hydrogen Energy

      巻: 38 ページ: 7469-7476

    • DOI

      10.1016/j.ijhydene.2013.04.011

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Performance Analysis of Heat Storage of Direct-Contact Heat Exchanger with Phase-Change Material2013

    • 著者名/発表者名
      T. Nomura, M. Tsubota, A. Sagara, N. Okinaka, T. Akiyama
    • 雑誌名

      Applied Thermal Engineering

      巻: 58 ページ: 108-113

    • DOI

      10.1016/j.applthermaleng.2013.03.041

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Combustion Synthesis of TiFe-based Hydrogen Storage Alloy from Titanium Oxide and Iron2013

    • 著者名/発表者名
      T. Tsuchiya, N. Yasuda, S. Sasaki, N. Okinaka, T. Akiyama
    • 雑誌名

      International Journal of Hydrogen Energy

      巻: 38 ページ: 6681-6686

    • DOI

      10.1016/j.ijhydene.2013.02.106

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermal Conductivity and Cycle Characteristic of Metal Hydride Sheet For2013

    • 著者名/発表者名
      N. Yasuda, T. Tsuchiya, N. Okinaka, T. Akiyama
    • 雑誌名

      International Journal of Hydrogen Energy

      巻: 38 ページ: 1657-1661

    • DOI

      10.1016/j.ijhydene.2012.11.052

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Heat Storage in Direct-Contact Heat Exchanger with Phase Change Material2013

    • 著者名/発表者名
      T. Nomura, M. Tsubota, T. Oya, N. Okinaka, T. Akiyama
    • 雑誌名

      Applied Thermal Engineering

      巻: 50 ページ: 26-34

    • DOI

      10.1016/j.applthermaleng.2012.04.062

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermal Conductivity Enhancement of Erythritol as PCM by Using Graphite and Nickel Particles2013

    • 著者名/発表者名
      T. Oya, T. Nomura, M. Tsubota, N. Okinaka, T. Akiyama
    • 雑誌名

      Applied Thermal Engineering

      巻: 61 ページ: 825-828

    • DOI

      10.1016/j.applthermaleng.2012.05.033

    • 査読あり
  • [学会発表] 熱電変換材料Fe2VAlのシングルテルミット型燃焼合成2013

    • 著者名/発表者名
      阿部圭佑, 菊地麻美, 沖中憲之, 秋山友宏
    • 学会等名
      日本鉄鋼協会 第166回秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学角間キャンパス (金沢)
    • 年月日
      20130917-20130919
  • [学会発表] Fe2VAlのシングルテルミット型燃焼合成2013

    • 著者名/発表者名
      阿部圭佑, 菊地麻美, 沖中憲之, 秋山友宏
    • 学会等名
      資源素材学会2013
    • 発表場所
      北海道大学 (札幌)
    • 年月日
      20130903-20130905
  • [学会発表] Life Cycle Materials and Energy Balance of Thermoelectric Generation System Using Exhausted Industrial Heat2013

    • 著者名/発表者名
      A. Kikuchi, N. Okinaka, T. Kajihara, H. Hachiuma, T. Akiyama
    • 学会等名
      The 32nd International Conference on Thermoelectrics
    • 発表場所
      Kobe International Conference Center (Kobe)
    • 年月日
      20130630-20130704

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公開日: 2015-05-28  

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