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優れた熱電変換性能を有する複合酸化物 新技術説明会

国内特許コード P06A009091
整理番号 N072P08
掲載日 2006年6月16日
出願番号 特願2003-154026
公開番号 特開2004-356476
登録番号 特許第4320422号
出願日 平成15年5月30日(2003.5.30)
公開日 平成16年12月16日(2004.12.16)
登録日 平成21年6月12日(2009.6.12)
発明者
  • 三上 祐史
  • 舟橋 良次
出願人
  • 科学技術振興機構
  • 産業技術総合研究所
発明の名称 優れた熱電変換性能を有する複合酸化物 新技術説明会
発明の概要 【課題】毒性が少なく存在量の多い元素により構成され、耐熱性、化学的耐久性等に優れ、しかも高い熱電変換効率を有する新規なp型熱電変換材料を提供する。
【解決手段】一般式:(Ca1-m(Co1-(式中、Aは、Sr、Ba、Na、Bi、Pb及びLaからなる群から選ばれた少なくとも一種の元素、Mは、Mn、Fe、Ni及びCuからなる群から選ばれた少なくとも一種の元素であり、2.5≦x≦3.5;1.5≦y≦2.5;5≦z≦7;0≦m≦1;0≦n≦1である)で表される組成を有し、600℃において100μV/K以上の熱起電力を有する複合酸化物。
【選択図】図6
従来技術、競合技術の概要 我が国では、一次元供給エネルギーからの有効なエネルギーの得率は30%程度しかなく、約70%ものエネルギーを最終的には熱として大気中に廃棄している。また、工場やごみ焼却場などにおいて燃焼により生ずる熱も、その殆どが他のエネルギーに変換されることなく大気中に廃棄されている。このように、我々人類は、非常に多くの熱エネルギーを無駄に廃棄しており、限りある化石燃料の燃焼などの行為から僅かなエネルギーしか獲得していない。エネルギーの得率を向上させるためには、大気中に廃棄されている熱エネルギーを利用できるようにすることが有効である。そのための有効な一つの技術手段として、熱エネルギーを直接電気エネルギーに変換する熱電変換がある。この熱電変換とは、ゼーベック効果を利用したものであり、熱電変換材料の両端に温度差を発生させることにより、電位差を生じさせて発電を行うエネルギー変換法である。熱電発電では、熱電変換材料の一端を廃熱により生じた高温部に配置し、もう一端を大気中(室温部)に配置して、それぞれの両端に導線を接続するだけで電気が得られるので、一般的な発電に必要なモータやタービンなどの可動装置は不要である。このため、設備コストも安く、燃焼などによるガスの排出もなく、熱電変換材料が劣化するまで継続的に発電を行うことができる。このように、熱電発電は今後予測されるエネルギー資源の枯渇という重大な問題に対する解決策の一端を担う技術して期待されているが、熱電発電を実現するためには、高い熱電変換効率を有し、耐熱性、化学的耐久性などに優れた熱電変換材料を大量に供給することが必要となる。現在、高い熱電変換効率を有する物質としては、金属間化合物が知られている。しかしながら、金属間化合物の熱電変換効率は最大でも10%程度であり、空気中では約300℃以下の温度でしか利用できない。また、金属間化合物の種類によっては毒性元素や希少元素を構成元素とするものもある。このため、廃熱を利用する熱電変換は未だ実用化されるには至っておらず、毒性が少なく現存量の多い元素により構成され、耐熱性、化学的耐久性などに優れ、高い熱電変換効率を有する材料の開発が期待されている。近年、高い熱電変換効率を有する材料として、Ca、Bi、Sr、Naなどを含有するCo系複合酸化物が報告されている(非特許文献1)。しかしながら、これらの複合酸化は化学的安定性から800℃以下の温度でしか利用できない。そこで、さらに耐熱性、化学的耐久性に優れ、しかも高い熱電変換効率を有する熱電変換材料の開発が必要とされている。
【非特許文献1】Xuら、Applied Physics Letters vol. 80, pp. 3760-3762 (2002)
産業上の利用分野 本発明は、p型熱電変換材料として優れた性能を有する複合酸化物、該複合酸化物からなるp型熱電変換材料、及び熱電発電モジュールに関する。
特許請求の範囲 【請求項1】一般式:(Ca1-mmx(Co1-nnyz(式中、Aは、Sr、Ba、Na、Pb及びLaからなる群から選ばれた少なくとも一種の元素、Mは、Mn、Fe及びNiからなる群から選ばれた少なくとも一種の元素であり、2.5≦x≦3.5;1.5≦y≦2.5;5≦z≦7;0<m≦1;0<n≦1である)で表される組成を有し、600℃において100μV/K以上の熱起電力を有し、且つ150mΩcm以下の電気抵抗率を有する複合酸化物。
【請求項2】単結晶体である請求項1に記載の複合酸化物。
【請求項3】幅0.5mm以上、厚さ0.5mm以上、且つ長さ5mm以上の針状の単結晶体である請求項2に記載の複合酸化物。
【請求項4】請求項1~3のいずれかに記載の複合酸化物からなるp型熱電変換材料。
【請求項5】請求項4に記載のp型熱電変換材料を含む熱電発電モジュール。
産業区分
  • 固体素子
  • 無機化合物
  • 発電、電動
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 権利存続中
参考情報 (研究プロジェクト等) CREST エネルギーの高度利用に向けたナノ構造材料・システムの創製 領域
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