筑波大学の守友浩教授の研究グループは、「コバルトプルシャンブルー類似体」を正極と負極に配置したイオン電池型熱発電セルを作成し、28℃と50℃の温度サイクルで熱発電を実現した。この技術は室温付近の未利用熱エネルギーを低コストで電力に変換するため、地球温暖化対策の切り札とされる。

 人間社会のあらゆる場面で、室温付近の熱エネルギーが外界に放出されている。この排熱をエネルギー変換する技術は、電力消費を抑えた低炭素社会の実現に貢献し、スマート社会の基盤技術であるモバイル発電を提供するとされる。

 リチウムイオン電池などのイオン二次電池は、電気エネルギーで物質の内部エネルギーを変化させてエネルギーを蓄える。研究グループは、熱エネルギーを用いて物質の内部エネルギーを変化させることで、熱エネルギーを電気エネルギーに変換できる、と考えた。つまり、正極と負極に熱起電力の異なる材料を配置した「イオン電池型熱発電セル」を作成すれば、温度変化に伴いセルの起電力が発生し、充電しなくとも電力を取り出せる(熱発電)という原理だ。

 今回、熱起電力の異なるコバルトプルシャンブルー類似体(注)を正極と負極に配置した熱発電セルを作成したところ、28℃と50℃の温度サイクルで、電力の取り出しに成功した。この発電の熱効率は1%であり、その効率は理論効率の11%に迫る。この熱発電セル技術は既存の二次電池技術の転用であり、低コストでの開発・製造も可能だ。

 地球温暖化対策には、室温付近の未利用熱エネルギーを有効活用する技術開発が不可欠。今後は、より高い熱起電力を示す材料の探索・開発に取り組み、高効率な熱発電セルの開発・実用化を目指すとしている。

(注)プルシャンブルーは青色顔料の一種。その類似体はさまざまな有用な特性を示すため多方面で注目されている。

論文情報:【Applied Physics Express】Thermal power generation during heat cycle near room temperature

筑波大学

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大学ジャーナルオンライン編集部

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