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シリコンクラスレートによる高効率熱電発電材料の開発

利用硅包合物开发高效热电发电材料

基本信息

批准号：
17760535
负责人：
宗藤伸治
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

前年度までに、Ba-Al-Siクラスレートの合成元素・組成の探索および熱処理条件の最適化を行い、すでに本研究の目標(性能指数Z=0.001K-1以上)を達成した良好な熱電性能を示した材料が作製できている。そこで本年度はその材料を素子として用いた高出力熱電発電モジュールを作製した。72個の素子をアルミナのメッシュ内に挿入し、電極で素子を電気的に直列に接合した。高温側の基板をヒーターで加熱し、低温側の基板は送風により冷却を行うことにより発電実験を行った。高温側の基板の温度が上昇するにつれて開放電圧は上昇していき、高温側基板温度が500℃の場合に約1.65Vの開放電圧が得られた。その時の低温側の基板温度は約110℃であり、送風程度の冷却で発電に必要な温度差が得られることが分かった。また、電流電圧特性を評価したところ、高温側基板温度500℃で短絡電流0.2Aとなり、約0.08Wの最大出力が得られた。さらに、サイクル特性を評価するため、高温側の基板温度を500℃まで加熱し、その後、室温まで冷却することを10回行ったが、開放電圧および短絡電流において1%以内の誤差で再現性があることが確認できた。このモジュールが実用に耐え得るかどうかを検証するため、携帯電話のリチウムイオン電池の充電試験を行った。上述の発電性能試験同様、高温側の基板をヒーターで加熱し、低温側は送風により冷却し発電を行った。得られる電圧は1.65Vであるため、リチウムイオン電池の充電に必要な5Vまで昇圧回路により昇圧を行い、携帯電話の端子に配線したが、この昇圧回路は熱電発電モジュールのみで駆動する。高温側の基板温度が約300℃に達すると携帯電話に装備されているLEDが点灯し、充電が開始されたことを示した。満充電には数時間を要したが本研究により作製された熱電発電モジュールは実用に適用できることが示された。

In the past year, Ba-Al-Si composite elements and compositions were explored and optimized for heat treatment conditions. The purpose of this study (performance index Z= 0.001K-1 or more) was achieved and excellent thermoelectric properties were demonstrated. This year's high power thermoelectric generation The 72 elements are connected in series with each other. The substrate on the high temperature side is heated, and the substrate on the low temperature side is cooled. When the temperature of the substrate on the high temperature side rises, the open voltage of about 1.65V is obtained. When the temperature of the substrate on the low temperature side is about 110℃, the temperature difference between the degree of air supply and the cooling is necessary. Current and voltage characteristics are evaluated. The maximum output is obtained when the substrate temperature is 500℃ and the short-circuit current is 0.2A. The temperature of the substrate on the high temperature side is 500 ℃, and the temperature of the substrate on the high temperature side is 500℃. The temperature of the substrate on the high temperature side is 500℃. The temperature of the substrate on the high temperature side is 500 ℃. The temperature of the substrate on the high temperature side is 500 ℃. The battery charging test for mobile phones The above electrical performance test is the same as that of the substrate on the high temperature side, and the substrate on the low temperature side is heated and cooled. A voltage of 1.65V is required for charging the battery. A voltage of 5V is required for the voltage boosting circuit. A terminal wiring of the mobile phone is required. The voltage boosting circuit is required for thermoelectric power generation. When the temperature of the substrate on the high temperature side reaches about 300℃, the LED is turned on and the charging is started. The charge time is very important for this study.