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ペルチェ素子の倍の効率、さまざまな廃熱を電気にして再利用

未利用の熱エネルギーを電気に、変換効率11%の熱電変換材料開発

2015年11月27日 17時55分更新

文● 行正和義 編集/ASCII.jp

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熱電性能指数ZTの向上の概念図(a)、開発した熱電変換材料の透過型電子顕微鏡写真(b)、および、熱電変換モジュールの概観(c)(d)

 産業技術総合研究所(産総研)は11月26日、変換効率11%の熱電変換モジュールの開発に成功したと発表した。

 熱(温度差)によって発電する素子は、CPUの冷却にも用いられているペルチェ素子が代表的だが、一般的なモジュールで変換効率は5%、研究室レベルで開発されている二段型で7%前後。

熱電変換モジュールの概略図

 研究グループでは、熱を電気に変える物質や電気を運ぶ物質をナノ構造として組み合わせるというアプローチを採用。MgTe(マグネシウムテルライド)ナノ構造を形成したPbTe(鉛テルライド)焼結体とBi2Te3(ビスマス・テルライド)の二段熱電変換素子を開発。高温側600度/低温側10度での変換効率は11%を達成した。数値計算では効率は15.6%まで上げられるという。

有限要素法を用いたシミュレーションの様子

 エンジンや焼却炉、化学反応炉などから排出される未利用エネルギーの利用に有効と考えられる。産総研では、毒性のある鉛から銅へ、希少元素であるテルルから豊富な硫黄などへの素材代替も含めて開発を進め、5年以内に実用化を目指すという。

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