熱電変換・熱制御研究チーム

CO2フリー電力
熱電変換:未利用熱発電とサーマルマネジメント

無駄のないエネルギーの活用を推進するため、未利用熱を利用価値の高い電気に直接変換できたり、電流を使った高精度な温度制御に利用できる熱電変換材料・技術を開発しています。

熱電変換・熱制御

研究テーマ

  • 熱電変換材料・モジュールの高性能化と資源制約からの脱却
  • 熱電変換モジュールの耐久性向上、評価技術の高精度化
  • 熱電変換(熱電発電とペルチェ冷却)を用いた高度熱マネジメントの実現

社会貢献・
実装イメージ

自動車廃熱、産業廃熱から体温まで、さまざまな熱から電力を得て省エネ推進や温室効果ガス削減に貢献。

研究チーム長紹介/挨拶

研究チーム長

太田 道広

電気と比較すると、熱を上手に制御する技術にはまだまだ開拓の余地があり、学術的にも技術的にも面白い分野です。皆さんの身の周りにも、捨てられるだけのもったいない廃熱が多く存在しています。われわれは、これら未利用熱から電気を生み出す熱電変換技術について、幅広く研究している世界的にも数少ない研究チームです。熱を使いこなし、エネルギー利用の効率化に貢献していきたいと考えています。

太田 道広

メンバー紹介

総括研究主幹(兼務 熱電変換・熱制御研究チーム)

石田 敬雄

総括研究主幹(兼務 熱電変換・熱制御研究チーム)

山本 淳

主任研究員

Priyanka JOOD

メンバー(兼務)

舟橋 良次

メンバー(兼務)

天谷 康孝

メンバー(兼務)

大川 顕次郎

メンバー(兼務)

三上 祐史

テクニカルスタッフ

相原 誠

テクニカルスタッフ

奥村 一郎

テクニカルスタッフ

張 暁萱

テクニカルスタッフ

高橋 徹

テクニカルスタッフ

谷田 武雄

テクニカルスタッフ

藤本 直子

テクニカルスタッフ(派遣職員)

元木 美保子

アシスタント

林 由起子

パートナー研究員

土屋 佳則

熱を上手に使い省エネルギー・低炭素化に貢献

有効活用されずに捨てられている熱エネルギー(未利用熱)は、実に一次エネルギー供給の6割に達しています。さらに、各種デバイスや様々なプロセスなどの省エネルギー化を達成するためには、熱マネジメントの効率化を達成する必要があります。固体半導体素子から構成される熱電変換モジュールは、未利用熱を利用価値の高い電気に直接変換できたり(熱電発電)、電流を使った高精度な温度調整に利用できます(ペルチェ冷却)。私たちは、熱電変換技術の実用化と普及を実現するために、最先端材料からモジュール、発電実証、評価までの幅広い研究開発を一貫して実施しています。最先端の製造・分析・評価機器を整備して、熱電変換技術の研究開発を推進しています。

図1
熱電変換技術より省エネルギー化や熱マネジメントの効率化を実現

熱電変換に関する材料、モジュール、評価まで幅広く研究開発

①最先端の材料科学を駆使して材料の変換効率を向上

熱輸送と電気輸送の自在制御による熱電変換材料の高効率化と、資源制約の少ない元素(硫黄・マグネシウムなど)や有機物を主成分とした新規熱電変換材料の開発に取り組んでいます。

図2
ナノ構造の制御と電子バンド構造の制御

②モジュール開発、発電実証

熱と電気の損失の少ない電極の開発や、劣化原因の解明と安定性の向上などを通じて高性能な熱電変換モジュールを開発すると共に、関連熱技術(伝熱、放熱など)との融合によるシステム開発も実施しています。

図3
素子構造の最適化
図4
用途に応じて、高効率や高耐久など様々な熱電変換モジュールを開発

③高度評価技術

公正な市場形成を支えるために、熱電変換試験用参照モジュールを開発して国際的な相互評価を進め、評価技術の高度化を推進しています。

図5
相互評価
図6
発電効率評価装置

④橋渡し~技術を社会へ

株式会社モッタイナイ・エナジー(産総研発ベンチャー)の創業を支援するなど、国内企業と幅広く連携して熱電変換の実用化を目指しています。

関連動画

研究

Sepehri-Amin, H.; Imasato, K.; Wood, M.; Kuo, J. J.; Snyder, G. J. , Evolution of Nanometer-Scale Microstructure within Grains and in the Intergranular Region in Thermoelectric Mg3(Sb, Bi)2Alloys, ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 37958, 10.1021/acsami.2c09905

Published AUG 13 2022

Imasato, K.; Sauerschnig, P.; Anand, S.; Ishida, T.; Yamamoto, A.; Ohta, M., Discovery of Triple Half-Heusler Mg2VNi3Sb3 with Low Thermal Conductivity, J. Mater. Chem. A 2022, 10, 18737, 10.1039/D2TA04593A

Published AUG 08 2022

Seki, K.; Mukaida, M.; Wei, Q.;Ishida, T., Thickness optimization of the output power and effective thermoelectric figure of merit of thin thermoelectric generator, Jpn. J. Appl. Phys. 2022, 61, 080903, 10.35848/1347-4065/ac7d83

Published JUL 15 2022

Bernges, T.; Hanus, R.; Wankmiller, B.; Imasato, K.; Lin, S.; Ghidiu, M.; Gerlitz, M.; Peterlechner, M.; Graham, S.; Hautier, G.; Pei, Y.; Hansen, M. R.; Wilde, G.; Snyder, G. J.; George, J.; Agne, M. T.; Zeier, W. G. , Considering the Role of Ion Transport in Diffuson-Dominated Thermal Conductivity, Adv. Energy Mater. 2022, 12, 2200717, 10.1002/AENM.202200717

Published APR 27 2022
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