環境低負荷半導体搭載型熱電発電モジュールの高出力・高耐久化に関する研究

配备低环境影响半导体的热电发电模块的高输出和耐久性研究

基本信息

批准号：
12J07687
负责人：
坂本達也
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Tokyo University of Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012 至 2013
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、中高温域(400～600℃)の排熱を直接電気エネルギーに変換する「熱電発電モジュール」を、環境低負荷な熱電変換材料Mg_2Siを用いて、実用レベルまで高出力、高耐久化することを主目的としている。これら目的の達成の為、H25年度の研究内容を以下のとおり実施した。(1)高出力化 : Mg_2Siの熱電特性向上1-1. 粗大Mg_2Si粒子を用いた焼結体の作製と評価海外研究滞在先のCNR-IENIにて、Hall測定装置およびVan der Pawu法を用いて評価した結果、粒子を粗大化することにより移動度が向上し、電気伝導率が向上することが明らかになった。1-2. 最大性能を得るためのアンチモン(Sb)の最適な添加量の探索Sb添加量0～1.5at%の範囲内においてはSb添加量0.5at%前後にて熱電性能が極大値を示すことが明らかとなった。(2)高耐久化 : Mg_2Siへの不純物添加による高温耐久性付与2-1. 不純物添加Mg_2Siが高温で耐久性を有する原因の解明熱重量分析装置によりMg_2Siの示差熱分析を行った結果、Sb添加量の増加に伴い酸化反応の開始温度域が高温側にシフトする傾向、すなわち高温耐久性が向上する傾向が見られた。(3)高出力化 : Mg_2Siが発電した電力をより効率良く取り出せる電極材探索3-1. Mg_2Siへの接合性が良好かつ低接触抵抗な電極材の探索CNR-IENIが保有するPVD装置では様々な電極材料の接合も可能であったため、従来より接合可能であったNIに加え、CuやAlをMg_2Siへ蒸着させた。電極-Mg_2Si接合界面のSEM観察、ひっかき試験が実施され、今後の様々な電極材料との比較のために必要な基礎的なデータが得られた。(4)高出力・高耐久化 : 新型発電モジュール構造の探求4-1. 新型Mg_2Siモジュールの作製と評価今年度、熱源から素子までの熱損失が少なく、かつ外力による素子折損が生じにくいモジュール構造を得るため、新規な熱接合部材を用い、かつトラス構造から着想を得た構造をモジュールに適用させた。有限要素解析により、この構造が耐久性の観点で有効なことが示された。

这项研究旨在将“热电发电模块”直接在中等温度范围（400-600°C）中直接转换为电能，并使用热电转换材料MG_2SI MG_2SI，该材料MG_2SI，它是环境低下的，高功率和耐用性，高功率和耐用性。为了实现这些目标，2013财政年度的研究内容如下进行。（1）更高的功率：改善了MG_2SI1-1的热电特性。使用粗大的MG_2SI颗粒在海外研究的研究人员CNR-EINI上制造和评估烧结的身体，发现迁移率和电导率通过使颗粒的块提高了。 1-2。搜索最佳的锑（SB）以获取最大性能，已经表明，在SB添加范围内，在0至1.5AT％的范围内，热电性能在0.5AT％左右的最大值处于最大值。（2）高耐用性：将高温耐用性添加到MG_2SI 2-1。在高温下缓解杂质掺杂的MG_2SI的原因。使用热重分析仪对MG_2SI进行差分热分析表明，随着添加的SB量的增加，起始氧化反应的温度范围向高温侧移动，即高温耐用性趋于改善。（3）较高的功率：搜索电极材料，以更有效地提取MG_2SI生成的功率。 3-1。搜索具有与MG_2SI和低接触电阻的良好键合的电极材料，CNR-EINI拥有的PVD设备能够键入各种电极材料，因此除了NI以前，以前有可能将键合，CU和Al蒸发到MG_2SI。进行了SEM观测值和电极MG_2SI接线接口接口接口的测试，并获得了将来与各种电极材料进行比较所需的基本数据。（4）高功率和高耐用性：探索新发电模块的结构4-1。今年对新的MG_2SI模块的制造和评估，以获取一个模块化结构，可减少从热源到元素的热量损失，并且由于外力而引起的元素破裂的可能性较小，我们使用了新的热粘合构件并应用了由桁架结构启发到模块的结构。有限元分析表明，这种结构在耐用性方面有效。

项目成果

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Magnesium oxide uptake in Mg_2Si thermoelectric pellets and their protection by thin coating at middle-high temperatures

中高温下Mg_2Si热电颗粒中氧化镁的吸收及其薄涂层的保护

DOI：
发表时间：
2014
期刊：
影响因子：
0
作者：
S. Battiston;S. Boldrini;A. Famengo;S. Fiameni;T. Sakamoto;A. Miozzo;A. Ferrario;S. Barison;T. Iida;M. Fabrizio
通讯作者：
M. Fabrizio

Examination of a thermally viable structure for an unconventional uni-leg Mg_2Si thermoelectric power generator

非常规单腿 Mg_2Si 热电发电机热可行结构的检验

DOI：
10.1007/s11664-012-1974-0
发表时间：
2012
期刊：
Journal of Electronic Materials
影响因子：
2.1
作者：
T. Sakamoto. T. Iida;Y. Taguchi;S. Kurosaki;Y. Hayatsu;K. Nishio;Y. K.ogo;Y. Takanashi
通讯作者：
Y. Takanashi

Selection and evaluation of thermal interface materials for reducing the thermal contact resistance in thermoelectric generators

降低热电发电机接触热阻的热界面材料的选择和评估

DOI：
发表时间：
2014
期刊：
Journal of Electronic Materials
影响因子：
2.1
作者：
Tatsuya Sakamoto;Tsutomu Iida;Takeshi Sekiguchi;Yutaka Taguchi;Naomi Hirayama;Keishi Nishio;Yoshifumi Takanashi
通讯作者：
Yoshifumi Takanashi

Finite element approach for the evaluation and optimization of silicide-based TEG

用于硅化物基 TEG 评估和优化的有限元方法

DOI：
发表时间：
2013
期刊：
影响因子：
0
作者：
Alvise Miozzo;Stefano Boldrini;Simone Battiston;Stefania Fiameni;Alessia Famengo;Tatsuya Sakamoto;Simona Barison
通讯作者：
Simona Barison

Development of an Mg_2Si unileg thermoelectric module using durable Sb-doped Mg_2Si Legs

使用耐用的掺锑 Mg_2Si 腿开发 Mg_2Si 单腿热电模块