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2015 年度 実績報告書

環境負荷物質を含まないクラスレート化合物を用いたセグメント型熱電発電素子の開発

研究課題

研究課題/領域番号 26289377
研究機関山口大学

研究代表者

岸本 堅剛  山口大学, 理工学研究科, 助教 (50234216)

研究分担者 赤井 光治  山口大学, 国際総合科学部, 准教授 (20314825)
小柳 剛  山口大学, 理工学研究科, 教授 (90178385)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード熱電材料 / 熱電発電モジュール / セグメント型 / クラスレート化合物 / タイプ2クラスレート
研究実績の概要

1.各種セグメント素子の作製と評価
2段セグメント素子に関して,前年度は,低温側部材としてタイプ8クラスレートBa8Ga16Sn30焼結体,高温側部材としてタイプ1クラスレートBa8Ga16Ge30焼結体を用いていた。今年度はそれに加えて,低温部材として,タイプ2クラスレートK8Ba16Ga40Sn96の使用も始めた。その結果,高い発電特性が得られている。また,より高温領域で使用できるように,Si基クラスレートとのセグメント化の検討も行った。
2.発電モジュールの作製と評価および発電特性評価装置の整備
産業技術総合研究所つくばの協力を得て,発電モジュールの作製と評価を行った。複数のモジュールについて同様の発電特性を得ており,再現性が確認されている。また,自前で発電特性が評価できるように,簡易的な評価装置をほぼ組み上げ,動作確認試験を終えている。
3.Snクラスレートの高性能化
前年度に引き続き,タイプ2構造を有するクラスレートK8Ba16Ga40Sn96の高性能化を図った。今年度は,化学組成制御によるキャリア密度の調整とアニール処理による粒界散乱の低減を試みた。その結果,無次元性能指数ZTの最大値は,前年度の0.93から1.19(630 K)に増加した。また,構成元素をGaからAlに変更し,より軽量で安価な化合物も開発した。その一つであるK8Ba16Al36Ga4Sn96の最大ZTは0.80(640 K)であった。その他では,タイプ9構造を有する(K,Ba)6(M,Sn,Ge)25 (M=Al,Ga,In)を作製し,その熱電特性評価を行った。

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

当初計画していた次の研究項目のそれぞれについて,良好な結果を得ることができた:(1)各種セグメント素子の作製:(2)発電モジュールの作製と評価ならびに発電特性評価装置の整備;(3)Snクラスレートの性能改善。

今後の研究の推進方策

おおむね当初の計画どおりに次の研究項目のそれぞれについて実施する:(1)セグメント素子の作製と評価:(2)発電モジュールの作製と評価;(3)クラスレートの高性能化。

次年度使用額が生じた理由

発電特性評価装置の整備に関して,大部分は完成させて測定を行っているが,まだ未完成の部分があり,その箇所を整備する費用を使い切れていないため。

次年度使用額の使用計画

当該年度分と合わせて発電特性評価装置の整備に使用する。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 2件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Thermoelectric properties of sintered type-II clathrates (K,Ba)24(Ga,Sn)136 with various carrier concentrations2015

    • 著者名/発表者名
      Kengo Kishimoto, Shota Koda, Koji Akai, Tsuyoshi Koyanagi
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 118 ページ: 125103/1-7

    • DOI

      10.1063/1.4931433

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] type-IIクラスレート化合物K8Sr16M40Ge96(M=Al,Ga)の作製と熱電気的特性2016

    • 著者名/発表者名
      宇都宮卓, 岸本堅剛, 赤井光治, 浅田裕法, 小柳剛
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東京工業大学(東京都目黒区)
    • 年月日
      2016-03-21
  • [学会発表] クラスレート化合物を用いたセグメント型熱電モジュールの作製2016

    • 著者名/発表者名
      石川雄基, 土谷陽平, 岸本堅剛, 小柳剛, 長瀬和夫, 高澤弘幸, 山本淳, 赤井光治, 浅田裕法
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東京工業大学(東京都目黒区)
    • 年月日
      2016-03-21
  • [学会発表] Type-Ⅸクラスレート化合物K3Ba3MSn24-xGex(M=Al,Ga,In)の作製と熱電気的特性2015

    • 著者名/発表者名
      近藤恭平, 岸本堅剛, 赤井光治, 小柳剛, 浅田裕法
    • 学会等名
      第12回日本熱電学会学術講演会
    • 発表場所
      九州大学(福岡県春日市)
    • 年月日
      2015-09-08
  • [学会発表] タイプII構造クラスレート半導体K-Ba-Ga-Snの電子構造と熱電特性向上の検討2015

    • 著者名/発表者名
      赤井光治, 岸本堅剛, 小柳剛, 山本節夫
    • 学会等名
      第12回日本熱電学会学術講演会
    • 発表場所
      九州大学(福岡県春日市)
    • 年月日
      2015-09-08
  • [学会発表] 擬ポテンシャルコードを用いたタイプII構造Snクラスレート半導体の構造評価2015

    • 著者名/発表者名
      藤田遼, 赤井光治, 岸本堅剛, 小柳剛, 栗巣普揮, 山本節夫
    • 学会等名
      第12回日本熱電学会学術講演会
    • 発表場所
      九州大学(福岡県春日市)
    • 年月日
      2015-09-08
  • [学会発表] 熱電発電モジュールの特性シミュレーション2015

    • 著者名/発表者名
      小柳剛, 岸本堅剛, 石川雄基, 山本淳, 長瀬和夫, 高澤弘幸
    • 学会等名
      第12回日本熱電学会学術講演会
    • 発表場所
      九州大学(福岡県春日市)
    • 年月日
      2015-09-07
  • [学会発表] クラスレート化合物を用いたセグメント型熱電発電モジュールの作製と特性評価2015

    • 著者名/発表者名
      石川雄基, 土谷陽平, 岸本堅剛, 小柳剛, 長瀬和夫, 高澤弘幸, 山本淳, 赤井光治, 浅田裕法
    • 学会等名
      第12回日本熱電学会学術講演会
    • 発表場所
      九州大学(福岡県春日市)
    • 年月日
      2015-09-07
  • [学会発表] Segmented thermoelectric modules using type-VIII Ba-Ga-Sn and type-I Ba-Ga-Ge clathrate compounds2015

    • 著者名/発表者名
      K. Kishimoto, Y. Tsuchiya, T. Koyanagi, K. Nagase, H. Takazawa, Y. Ishikawa, K. Akai, H. Asada, A. Yamamoto
    • 学会等名
      The 34th International & 13th European Conference on Thermoelectrics
    • 発表場所
      Dresden, Germany
    • 年月日
      2015-06-30
    • 国際学会
  • [学会発表] First-principles study of electronic structure on PGEC Clathrates K-Ba-Ga-Sn2015

    • 著者名/発表者名
      K. Akai, K. Kishimoto, T. Koyanagi, S. Yamamoto
    • 学会等名
      The 34th International & 13th European Conference on Thermoelectrics
    • 発表場所
      Dresden, Germany
    • 年月日
      2015-06-29 – 2015-06-30
    • 国際学会
  • [産業財産権] タイプ2クラスレート化合物及び該化合物よりなる熱電変換素子2015

    • 発明者名
      岸本堅剛,小柳剛,赤井光治
    • 権利者名
      山口大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2015-108913
    • 出願年月日
      2015-05-28

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公開日: 2017-01-06  

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