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熱発電素子

国内特許コード P170014142
整理番号 S2017-0009-N0
掲載日 2017年5月22日
出願番号 特願2016-211227
公開番号 特開2018-073596
出願日 平成28年10月28日(2016.10.28)
公開日 平成30年5月10日(2018.5.10)
発明者
  • 守友 浩
  • 小林 航
出願人
  • 国立大学法人 筑波大学
発明の名称 熱発電素子
発明の概要 【課題】素子全体の温度変化を利用して、熱エネルギーを電気エネルギーへ変換することが可能であり、かつ薄型化が可能である熱発電素子を提供する。
【解決手段】第1の電極2と第2の電極3が、単一の電解質4を介して対向してなる熱発電素子1であって、第1の電極2および第2の電極3は、同一の金属イオンが可逆的に出入りする材料を含むことを特徴とする熱発電素子1。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


我が国の未利用の産業排熱は、国内で利用されている電力量の2倍以上である。また、我が国に降り注ぐ太陽熱エネルギーは、国内で利用されている電力量の1000倍以上である。これらの熱エネルギーの一部を電気エネルギーに変換できれば、化石エネルギーの消費が抑えられ、二酸化炭素の削減に貢献することができる。



また、人体も熱エネルギーを発散しているため、この熱エネルギーを電気エネルギーに変換できれば、モバイル機器の充電が不要になる。そのためには、室温付近の熱エネルギーを安価に電気エネルギーに変換することができる「熱発電システム」が求められる。



温度差を電気エネルギーに変換する技術としては、例えば、半導体のゼーベック係数を利用した熱発電素子が知られている。この熱発電素子では、室温付近で性能が高い材料(BiTe)が用いられる。しかしながら、この材料は、高価である上に、有毒な元素を含むという問題がある。また、この熱発電素子は、温度勾配をつけるために嵩高いものとなる。



これに対して、特許文献1では、電気化学ゼーベック効果を利用した二次電池に類似する熱発電素子が開示されている。この熱発電素子では、正極と負極に同一の活物質が用いられている。この熱発電素子では、温度差によって両電極間に起電力の差を生じさせることにより、外部回路に電流を流すことができる。

産業上の利用分野


本発明は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱発電素子に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
第1の電極と第2の電極が、単一の電解質を介して対向してなる熱発電素子であって、
前記第1の電極および前記第2の電極は、同一の金属イオンが可逆的に出入りする材料を含むことを特徴とする熱発電素子。

【請求項2】
前記第1の電極は温度の上昇に伴って負の起電力を生じる材料Aを含み、前記第2の電極は温度の上昇に伴って正の起電力を生じる材料Bを含むことを特徴とする請求項1に記載の熱発電素子。

【請求項3】
前記第1の電極は温度の上昇に伴って負の起電力を生じる材料Aまたは温度の上昇に伴って正の起電力を生じる材料Bを含み、前記第2の電極はアルカリ金属Cを含むことを特徴とする請求項1に記載の熱発電素子。

【請求項4】
前記材料Aは-20℃以上で負の起電力を生じる材料であり、前記材料Bは-20℃以上で正の起電力を生じる材料であることを特徴とする請求項2または3に記載の熱発電素子。

【請求項5】
前記第1の電極は温度の上昇に伴って構造相転移する材料Dを含み、前記第2の電極はアルカリ金属Cを含むことを特徴とする請求項1に記載の熱発電素子。

【請求項6】
前記第1の電極、前記第2の電極および前記電解質を有するユニットが、一方のユニットの前記第1の電極と、他方のユニットの前記第2の電極とが隣り合うように複数積層されてなることを特徴とする請求項1~5のいずれか1項に記載の熱発電素子。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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