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[交流] 【其它】产综研试制采用新型热电材料铁钒铝的热电模块并确认发电性能

产综研试制采用新型热电材料铁钒铝的热电模块并确认发电性能
2010/10/28 00:00
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　　日本产业技术综合研究所永续材料（Sustainable Material）研究部门开发出新型热电材料Fe2VAl（铁钒铝），并用其试制了由18对p-n元件构成的热电模块。并确认了该模块具有2.5W的良好发电性能。
　　目前，作为有温度差就能发电的热电元件（p-n元件）已经实用化的热电材料，其构成元素为BiTe（铋碲）系稀有金属。永续材料研究部门的相控制材料研究组将目光投向了不含稀有金属的新型热电材料Fe2VAl。据称，Fe2VAl“虽然在室温附近显示出优异的发电性能，但却有着高达28W/mK导热率的缺点，作为发电元件来说，存在难以使用的问题。”（小林庆三组长）。
　　作为把由铁和铝等自然界中大量存在的元素构成的Fe2VAl用作实用化材料的措施，该研究组采用压延、粉碎使之微晶化的机械合金法（(Mechanical alloying，MA)，取代了原来的粉末冶金法。在对这种微晶化结构的粉末原料加压的同时，采用通电加热的脉冲通电烧结法，使之在短时间内烧结，制成微细烧结体。其原理是，通过微晶化使声子（Phonon）散乱，从而降低导热率。并且，微粒化使弯曲强度提高到了800MPa，从而更易于使用。另外还因铝元素的一部分由Sb（锑）置换，从而增加了声子的散射，降低了导热率。通过上述措施，导热率降低到了8～16W/mK左右。
　　以结晶结构微细化并添加Sb的Fe2VAl为基础，把铝元素的一部分置换成硅，制成了n型烧结体，把钒元素的一部分置换成钛，制成了p型烧结体。把n型和p型烧结体分别切割成5mm×4.5mm×4.5mm的长方体，制成了18对p-n元件。“n型和p型烧结体的接合没有使用传统的焊接，而是采用了与铜电极的固相接合”，三上佑史研究员介绍说。
　　结果，18对p-n元件的热电模块在8～9A左右的电流下显示出了2.5W的良好输出功率。输出密度为0.2W/cm2。温度差条件为高温侧300℃、低温侧20℃。发电输出功率方面，“具有可实现与原来的BiTe材料相近的实用化所需性能”，三上研究员讲解道。据介绍，这个热电模块的开发“也包括了与名古屋工业大学研究生院共同研究的部分” 。(特约撰稿人：丸山正明)
■日文原文
産総研、新熱電材料のFe2VAl製熱電モジュールを試作し、発電性能を確認

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