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熱電材料及びその製造方法 新技術説明会

国内特許コード P140011067
整理番号 P12-004p
掲載日 2014年10月30日
出願番号 特願2013-036025
公開番号 特開2013-211540
登録番号 特許第6209781号
出願日 平成25年2月26日(2013.2.26)
公開日 平成25年10月10日(2013.10.10)
登録日 平成29年9月22日(2017.9.22)
優先権データ
  • 特願2012-041206 (2012.2.28) JP
発明者
  • 掛本 博文
  • 入江 寛
出願人
  • 国立大学法人山梨大学
発明の名称 熱電材料及びその製造方法 新技術説明会
発明の概要 【課題】素子応用を視野にSBNを多結晶とすると、SBNのキュリー温度(Tc: 組成により60-200℃)近傍で、試料内部粒界でのPTCR(正の比抵抗温度係数: Positive Temperature Coefficient of Resistivity)効果による導電率の低下が予想される。
【解決手段】タングステンブロンズ型金属酸化物を還元することにより熱電特性を発現するセラミックス還元体であることを特徴とする熱電材料とすることにより、比較的高い温度領域においても高い導電率を有する熱電材料を提供することができる。
【選択図】図3
従来技術、競合技術の概要



近年、再生可能エネルギー開発の重要性が増し、エネルギー素子の高性能化が必要となっている。特に余剰な熱から電気を生みだすことが可能な熱電素子の高性能化が必要とされている。400-600℃の温度では、熱電材料に優れた特性が見られ、また熱電素子として十分な安定動作が期待できるために、この領域の熱エネルギーの再生が考えられて来た。これまで、熱電材料として、金属系(Bi2Te3等)、Si系(FeSi2等)などで基礎データの蓄積がなされているが、約10年前からは酸化物(NaCoO2, SrTiO3)の優れた特性が見出されるようになり、注目されている。これらの材料群は、無次元性能指数(ZT)に基づいた評価がなされている。





Sb系、Si系に比べ、酸化物材料は安定性が高く、特にNaCoO2(NCO: p型)熱電材料の発見以降、多くの関心が寄せられている。最近、還元したタングステンブロンズ型酸化物SrxBa1-xNb2O6 (SBN: n型)単結晶により高い熱電特性が報告されている(非特許文献1)。





熱電素子を用いた発電方式は、熱源に依存はするものの、恒久的な発電が望める数少ない方式である。また温度差が100-200℃であるような用途は、潜在的な需要があるにも関わらず、開発例は少ない。





この温度差領域においては、カルノー効率で試算される発電効率は、原理的に10-15%であり、試算で使われているモデル(単純な温度勾配)では、発電効率は十分ではない。しかし先進的な排熱利用システムに見られるように、熱源からの排熱を複数回段階的に循環させる方式に、温度領域に合わせて有用な熱電素子を活用することができれば実用性はあると考えられる。さらに新しい熱源とのマッチングを模索することで、的確な経済性が得られると思われる。





本発明はそのような背景でなされたものであり、100-200℃の温度差領域での適用が可能な熱電材料を提供するものである。

産業上の利用分野



本発明は、熱電材料及びその製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
BaxNayNbzOt(0<x≦5、0<y≦5、0<z≦5、0<t≦20)の組成で表され、さらにタングステンブロンズ型構造を有する金属酸化物を還元することにより熱電特性を発現するセラミックス還元体であることを特徴とする熱電材料。

【請求項2】
前記タングステンブロンズ型金属酸化物がBa2NaNb5O15(以下BNNという)の組成で表されることを特徴とする請求項1に記載の熱電材料。

【請求項3】
前記タングステンブロンズ型金属酸化物の結晶が配向性を備えていることを特徴とする請求項1又は2に記載の熱電材料。

【請求項4】
請求項1から3に記載の前記熱電材料を用いたことを特徴とする熱電素子。

【請求項5】
前記熱電材料の温度130℃におけるゼーベック係数の絶対値が120V/K以上であり、導電率が8S/cm以上であることを特徴とする請求項4に記載の熱電素子。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2013036025thum.jpg
出願権利状態 登録
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