ろうそくのような小さな炎で電気を起こすことに成功

新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)と未利用熱エネルギー革新的活用技術研究組合(TherMAT)、古河電気工業は、中高温域での熱電変換を実現するクラスレート焼結体U字素子を開発し、ろうそくのような小さな炎で電気を起こすことに成功した。

現在、運輸・産業分野において、一次エネルギーの半分以上が利用されずに排熱になっている。NEDOは利用されることなく環境中に排出されている膨大な量の未利用熱に着目し、その「削減(Reduce)・回収(Recycle)・利用(Reuse)」を可能とするための要素技術の改良とシステムの確立を目指した「未利用熱エネルギーの革新的活用技術研究開発」を2015年度から実施している。

NEDOプロジェクトにおいて、TherMATの組合員である古河電気工業は、環境調和型のシリコンクラスレート化合物からなるP型およびN型焼結体が一体となった高温電極レスのU字型素子を開発した。シリコンクラスレート化合物は、有害元素を含まず高性能な新材料として注目されている。また、P型/N型焼結体は、正(負)の温度差が与えられたときに正(負)の電圧を発生する材料のことを指す。

今回開発したU字素子は、地球上に最も豊富に存在するシリコンを主原料とし、P型、N型ともに同系のシリコンクラスレート化合物で構成している。そのため、線膨張係数などの物性値に大きな差異がない。

また、従来のモジュールにある高温側の金属電極と絶縁性基板を無くしたことで高温耐性を備える。この素子をろうそくなどの炎にかざすと50mVの電圧が得られた。なお、この素子を8個用いて開発したモジュールをろうそくの炎(外炎、約800℃)にかざす実験を実施したところ、小型のモーターを回転させることに成功した。これによって、特別な集熱や放熱、大気暴露防止のための補助部材がない状態でも発電できることが分かったという。

3者は、今回開発した技術が自動車排熱や産業排熱分野だけでなく他分野へも応用可能であるとし、さらなる省エネに向けた展開を検討している。さらに、今回の開発を基に工業炉や自動車エンジンの排熱など200~800℃の中高温域で未利用熱エネルギーを電力に変換する高出力熱電発電モジュールの実現を目指す。

材料開発においては、ナノ組織化による電気抵抗率の上昇を抑える技術の確立を目指す。新材料の特性向上を焼結体の試作・測定によって実験的に確認。さらに、熱サイクル特性を把握するとともに、焼結体を高密度に実装する技術を開発するという。

世界初、中高温域での熱電変換を実現するクラスレート焼結体U字素子を開発

カテゴリー: エネルギー   

大島 純一郎

大島 純一郎Author

証券系システムエンジニアやIT系資格対策問題集の編集、IT系Webメディアの編集記者などの経歴を生かして、企業向けIT関連の記事制作に携わる。専門は、IT、金融、医療分野。医療情報システムの企画/構築、運用に関する知識を有する専門者としての資格、医療情報技師、情報セキュリティアドミニストレータの保有者。

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