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» 2020年06月22日 14時00分 公開

組み込み開発ニュース:室温で利用可能な熱電変換材料を開発、IoT機器の自立電源や局所冷却が可能に

新エネルギー・産業技術総合開発機構らは、セレン化銀を使用して、室温で高い性能を示す熱電変換材料を開発した。熱電発電による自立電源や、熱電冷却による局所冷却など、IoT機器への利用が期待される。

[MONOist]

 新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)、産業技術総合研究所、未利用熱エネルギー革新的活用技術研究組合は2020年5月28日、セレン化銀(Ag2Se)を使用して、室温で高い性能を示す熱電変換材料を開発したと発表した。熱電発電による自立電源や熱電冷却による局所冷却など、IoT(モノのインターネット)機器への利用が期待される。

 現在、高い熱電出力因子と低い熱伝導率を有する熱電変換材料として、室温付近(100℃以下)で使用できる唯一の実用材料はテルル化ビスマス(Bi2Te3)だ。近年注目が集まるAg2Seは、低い熱伝導率を示すが、熱電出力因子も低い。そのため、材料の性能を表す熱電性能指数ZT(熱電出力因子と熱伝導率の比)が低い値にとどまっていた。

 研究チームは、走査型透過電子顕微鏡による観察から、結晶構造のわずかな違いによる低いキャリア移動度と高いキャリア濃度が、低い熱電出力因子の原因だと明らかにした。熱力学的な観点も踏まえ、セレンまたは硫黄をわずかに添加することで、キャリア移動度の増加とキャリア濃度の減少に成功した。

 その結果、Bi2Te3と同等の熱電性能指数(ZT=1.0)を記録し、ナノメートル領域での構造制御の有効性を実証した。

キャプション 開発したAg2Se材料の走査型透過電子顕微鏡写真と熱電性能指数ZT 出典:NEDO
キャプション Ag2SeとAg2Se1.01、Ag2SeS0.01の熱電性能指数ZT 出典:NEDO

 この材料は「未利用熱エネルギーの革新的活用技術研究開発」プロジェクトにおいて開発した。今後も、Ag2Seのナノ構造の最適化や、熱電発電デバイスや熱電冷却デバイスへの搭載による動作実証を続ける。また、高価なAgに代わる技術の開発も進めるとしている。

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