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熱電発電素子及びそれを含む熱電発電モジュール、並びにそれを用いた熱電発電方法 NEW

国内特許コード P180015249
整理番号 (S2015-1997-N0)
掲載日 2018年8月31日
出願番号 特願2017-538137
出願日 平成28年9月2日(2016.9.2)
国際出願番号 JP2016075856
国際公開番号 WO2017038988
国際出願日 平成28年9月2日(2016.9.2)
国際公開日 平成29年3月9日(2017.3.9)
優先権データ
  • 特願2015-175037 (2015.9.4) JP
発明者
  • 松下 祥子
  • 鶴岡 あゆみ
  • 佐野 翔哉
  • 佐藤 完
出願人
  • 国立大学法人東京工業大学
発明の名称 熱電発電素子及びそれを含む熱電発電モジュール、並びにそれを用いた熱電発電方法 NEW
発明の概要 本発明の目的は、温度勾配を必要としない熱電発電素子及びそれを用いた熱電発電システムを提供することである。
前記課題は、本発明の熱励起電子及び正孔を生成する熱電変換材料を含む第1層、及び電荷輸送イオン対が移動できる固体電解質または電解質溶液を含む第2層、が積層しており、第1層内の熱励起電子及び正孔を生成する熱電変換材料の価電子帯電位が第2層内の前記電荷輸送イオン対の酸化還元電位よりも正であり、第1層と第2層の界面で前記2つのイオンのうち、より酸化されやすいイオンの酸化反応が生じることを特徴とする熱電発電素子によって解決することができる。
従来技術、競合技術の概要


従来、地熱又は工場の排熱などを利用した熱電発電として、ゼーベック効果を利用した熱電発電が知られており(特許文献1及び2、並びに非特許文献1)熱エネルギーを効率的に利用するために、実用化が期待されている。ゼーベック効果による熱電発電は、金属または半導体に温度勾配を設けると電圧が発生することを利用した発電原理である。具体的には、p型半導体及びn型半導体を結合した熱電変換素子に、温度勾配を付与することによって、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電発電システムである。



この熱電発電システムは、火力発電などで排出される温室効果ガスの発生がない。また、火山の多い地域においては、地熱を熱エネルギーとして利用できることから、有望な発電方法であると考えられている。

産業上の利用分野


本発明は、熱電発電素子及びそれを含む熱電発電モジュール、並びにそれを用いた熱電発電方法に関する。本発明によれば、熱電発電素子に温度勾配を付与することなしに、熱エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。

特許請求の範囲 【請求項1】
熱励起電子及び正孔を生成する熱電変換材料を含む第1層、及び
電荷輸送イオン対が移動できる固体電解質または電解質溶液を含む第2層、
が積層しており、第1層内の熱励起電子及び正孔を生成する熱電変換材料の価電子帯電位が第2層内の前記電荷輸送イオン対の酸化還元電位よりも正であり、第1層と第2層の界面で前記2つのイオンのうち、より酸化されやすいイオンの酸化反応が生じることを特徴とする熱電発電素子。

【請求項2】
前記第1層内の熱励起電子及び正孔を生成する熱電変換材料の価電子帯電位と第2層内の前記電荷輸送イオン対の酸化還元電位との差が0.5V以下である、請求項1に記載の熱電発電素子。

【請求項3】
電子輸送材料を含む第3層が、第1層における第2層との積層面の反対側の面に積層されており、前記第3層内の電子輸送材料の電子伝導帯電位が、前記第1層内の熱励起電子及び正孔を生成する熱電変換材料の価電子帯電位と同じか、又は正である、請求項1又は2に記載の熱電発電素子。

【請求項4】
前記第1層内の熱電子及び正孔を生成する熱電変換材料の価電子帯電位と前記第3層内の電子輸送材料の電子伝導帯電位との差が0.5V以下である、請求項3に記載の熱電発電素子。

【請求項5】
前記第1層内の熱励起電子及び正孔を生成する熱電変換材料が、熱励起電子とそれに伴って生じる正孔との電位差が0.1V以上を示す熱電変換材料である、請求項1~4のいずれか一項に記載の熱電発電素子。

【請求項6】
請求項1~5のいずれか一項に記載の熱電発電素子を、前記第1層内の熱励起電子及び正孔を生成する熱電変換材料の熱励起電子密度が1015/cmとなる温度以上の環境下に置いて発電する方法。

【請求項7】
前記温度が、熱電変換材料の熱励起電子密度が1018/cmとなる温度である、請求項6に記載の発電方法。

【請求項8】
請求項1~5のいずれか一項に記載の熱電発電素子を含む熱電発電装置。

【請求項9】
請求項1~5のいずれか一項に記載の熱電発電素子を含むサーモ電池。

【請求項10】
請求項1~5のいずれか一項に記載の熱電発電素子を含む熱電発電モジュール。

【請求項11】
請求項10に記載の熱電発電モジュールを熱発生場所に設置する工程、及び
熱により前記熱電発電モジュールを加熱し、電力を発生させる工程、
を含む、熱電発電方法。

【請求項12】
前記熱が、地熱又は排熱である、請求項11に記載の熱電発電方法。
国際特許分類(IPC)
画像

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出願権利状態 公開
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