Establishment of HHP sintering technology for enabling densification of heat-unstable cobalt compounds and applications to thermoelectric materials

建立HHP烧结技术以实现热不稳定钴化合物的致密化及其在热电材料中的应用

• 批准号: 21K04715
• 负责人: 茂野 交市
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Kanagawa Institute of Technology (2022)Ube National College of Technology (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04715/
• 关键词: 熱電材料; コバルト層状化合物; 水熱ホットプレス; 酸化剤; セラミックス

熱電材料は温度差を起電力に変換できるため、高性能な材料の開発が実現できればクリーンな新エネルギー源として太陽電池を凌ぐ出力密度のポテンシャルを有する。我々は最近、セラミック系熱電材料では最高レベルの性能を持つCo層状化合物であるNaxCoO2(x=0.80)粉末(以後NCOと略す)を出発物質とし、酸化還元(Redox)法により種々の層間距離を有する化合物粉末の合成に成功した。そして、層間距離の広い化合物粉末をプレスして作製した成形体の熱電特性が出発物質をはるかに超える値であることを見出した。もし、上記粉末を緻密化できれば高性能熱電材料として有望である。しかしながら、これらの化合物は熱安定性に難がある。すなわち、通常の電気炉で緻密に焼結しようとすると900 ℃以上の高温が必要となり層状構造が崩壊してしまう。そこで種々の方法を模索した結果、粉末に水溶液を少量添加して加圧・300 ℃未満で加温するHHP(水熱ホットプレス)法に効果のあることを見出した。従って、本研究の目的を「HHP焼結を用いた熱安定性のないCo層状化合物粉末の緻密化手法の確立と高性能熱電材料の創成」とした。今年度は上記Co層状化合物粉末を用い、HHP焼結の条件(圧力・保持時間)を簡易検討した。その結果、圧力の影響をより大きく受ける、つまり、高圧力であるほど緻密化は進むことが示唆された。ただし、プレスの際の装置の耐圧には制限がある。来年度は、高圧力の印加が可能な装置を用いた本格的な検討を行う予定である。

Thermoelectric materials は temperature difference を up power に variations in で き る た め, high-performance な material の open 発 が be presently で き れ ば ク リ ー ン な new エ ネ ル ギ ー source と し て solar cell を ling ぐ output density の ポ テ ン シ ャ ル を have す る. I 々 は recently, セ ラ ミ ッ ク of thermoelectric materials で は highest レ ベ ル の performance を hold つ Co layered compounds で あ る NaxCoO2 (x = 0.80) powder (NCO と slightly later す) を と 発 substance し, acidification and yuan method (Redox) に よ り kind 々 の interlayer distance を have す る の compound powder synthesis に successful し た. そ し て, interlayer distance の hiroo い compound powder を プ レ ス し て cropping し た の thermoelectric properties to form が を 発 substance は る か に super え る numerical で あ る こ と を shows し た. The powder is を densified で れば れば high-performance thermoelectric materials と て て are expected to である. The に thermal stability of <s:1> がある ながら and <s:1> れら is difficult がある. す な わ ち, usually の electric 気 furnace で dense に 焼 knot し よ う と す る と temperature above 900 ℃ の が necessary と な が り layered structure collapse 壊 し て し ま う. そ こ で kind 々 の way を die line し た results, powder に を a small amount of aqueous solution, add し て add 圧 · 300 ℃ not against heat で す る HHP (hydrothermal ホ ッ ト プ レ ス) method に unseen fruit の あ る こ と を shows し た. 従 っ て purpose, this study の を "HHP 焼" を with い た thermal stability の な い Co の layered compound powder densification technique の establish と high-performance thermoelectric materials の chuang cheng "と し た. This year, for the を of the Co layered compound powder recorded above, a simple 検 is used to discuss the を and HHP焼 combined with <s:1> conditions (pressure · holding time)を. そ の results, pressure の influence を よ り big き く by け る, つ ま り, high pressure で あ る ほ ど densification は into む こ と が in stopping さ れ た. The voltage resistance limit of the ただ ただ and プレス <s:1> international <s:1> devices is に and がある. In the coming year, <s:1>, high-pressure central Inca が may な install を using the な検 design を line う of the <s:1> た book to determine である.

项目成果

コバルト酸ナトリウムへの酸化剤の添加による種々の層間距離を有するコバルト層状化合物粉末の合成と熱電特性

钴酸钠中添加氧化剂不同层距钴层状化合物粉末的合成及热电性能

• 发表时间: 2023
• 作者: 茂野交市;日下涼;白川典輝;藤森宏高
• 通讯作者: 藤森宏高

過硫酸アンモニウムの添加によるコバルト層状化合物の層間距離の変遷

过硫酸铵的添加导致钴层状化合物层间距的变化

• 发表时间: 2022
• 作者: 山本皓介;茂野交市
• 通讯作者: 茂野交市