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2016年4月 1日 (金)

炭素材料の温度差発電性能を食塩の添加により飛躍的に向上 ~実用化水準の耐久性をもつn型カーボンナノチューブの熱電発電シートを開発 新しい無停電電源への応用期待~

2013-05-10 奈良先端科学技術大学院大学
 
詳細は、リンクを参照して下さい。
 
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 奈良先端科学技術大学院大学 物質創成
科学研究科 光情報分子科学研究室の
河合 壯(かわいつよし)教授、
野々口斐之(ののぐちよしゆき)助教
らは、世界最高水準の発電性能と
耐久性を有するフレキシブルな熱電発電
(温度差発電)シートを開発しました。
 
 特に高耐久化の問題を改善するため、
材料のカーボンナノチューブに食塩などを
添加することにより、出力特性が
従来の約3倍に向上したうえ、
150度の温度で1ヶ月以上の性能保持を
実現しました。
 
 この技術を使い試作した
熱電発電デバイス(装置)は柔軟で、
熱源に貼るだけで発電できることから、
工業プラントや自動車の配管で生じる熱、
複雑な形状をもつ
ラップトップコンピューター等の
排熱を利用した電力供給のほか、
体温によるヘルスケア機器の駆動など、
省エネや地球温暖化の抑制に貢献する
応用が期待されます。
 
 また、有機材料の場合にしばしば課題
となる高耐久化を実現したことから、
熱電発電炭素材料の実用化への取り組みが
加速することが期待されます。
 
 今日、消費されるエネルギーのうち
約3分の2が未利用のまま環境中に
放出されています。
 
 その排熱の80%以上は200℃以下
であり、自動車などの移動を伴う
排熱源が多いため、フレキシブルで
軽量の熱電発電デバイスが望まれて
います。
 
 これまでには導電性高分子が
フレキシブルなプラス型
(p型、低温側がプラスに帯電)の
熱電材料として注目されてきました。
 
 しかし、実用的な高効率発電のため
には、高性能で耐久性があるマイナス型
(n型、低温側がマイナスに帯電)
熱電発電材料を開発し、これらを
組み合わせて双極型熱電発電シートを
実現する必要がありました。
 
 これまでに河合教授らは、軽くて丈夫な
カーボンナノチューブに着目し、
その熱電発電特性について研究を重ねて
きました。
 
 平成25年には通常はp型を示す
カーボンナノチューブを安定なn型に
変える一連の薬剤(ドープ材料)を
発見し、非常に困難とされていた
フレキシブルなn型熱電変換材料の
開発に成功しました。
 
 この研究成果が契機となり、
カーボンナノチューブを用いた
温度差発電技術の世界競争が過熱して
きました。
 
 一方で、従来技術による
カーボンナノチューブを用いた
双極型温度差発電シートは依然、
空気中で劣化しやすいため、
実用化のためには安定化技術の抜本的な
見直しが必要でした。
 
 今回、研究チームではとくに、
マイナス型(n型)有機材料の
不安定性の起源を化学結合のレベルから
見直しました。
 
 その結果、ナトリウムイオンや
カリウムイオンと結合する性質を有する
クラウンエーテルという有機化合物
とともに食塩(塩化ナトリウム)などの
薬剤をカーボンナノチューブに添加する
ことで、世界最高水準の熱電発電性能と
高い耐久性をもつ
マイナス型カーボンナノチューブ複合
材料を開発しました。
 
 この成果は、Wiley出版(ドイツ)の
国際科学誌「Advanced Functional
 Materials」
(アドバンスト・ファンクショナル
 ・マテリアルズ)に掲載される予定
です。
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 なかなか廃熱利用進みません。
 膨大な廃熱が存在するんですけどね~
 
>この技術を使い試作した
>熱電発電デバイス(装置)は柔軟で、
>熱源に貼るだけで発電できることから、
>工業プラントや自動車の配管で
>生じる熱、複雑な形状をも
>つラップトップコンピューター等の
>排熱を利用した電力供給のほか、
>体温によるヘルスケア機器の駆動など、
>省エネや地球温暖化の抑制に貢献する
>応用が期待されます。
 とのこと。
 
 実用化されるのでしょうか?
 良さそうに思えるのですが、
 
 出そうで出ない。
 難しいんですね。
 
 以前投稿したこちらの方法には
期待していたのですが、まだかな~
 
2015年12月14日
 
 とにかく一つでも良いので、まず実用化
すること。
 おおいに期待しています。

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