100℃以下で発電する有機熱電素子―リチウムイオン二次電池充電も：産業技術総合研究所
(2022年9月28日発表)
有機熱電素子によるリチウムイオン電池の充電と機器使用のイメージ図 ©国立研究開発法人産業技術総合研究所
（国）産業技術総合研究所は9月28日、100℃以下の温度でも熱を電気に変えてリチウムイオン二次電池の充電が可能な有機熱電素子を開発したと発表した。熱のある場所なら充電や電池交換の手間をかけずに既存の電子機器にそのまま使える。電気自動車の内部や電池交換の難しい工場内配管、農業用ハウスなどに設置したセンサー用の電源に応用できると期待している。
リチウムイオン二次電池の充電には数ボルトの電圧が必要になるため、従来は出力電圧が数～数十ミリボルトしかない有機熱電素子では充電が困難だった。そこで産総研は有機熱電素子を薄膜化して750枚以上積み重ねて圧着、充電に必要な出力を得ることを試みた。
これまで有機熱電素子を何枚も直列に積み重ねると、重くなるうえ電気抵抗が大きくなって十分な電気出力が得られなかった。これに対し産総研は今回、コンピューターによるシミュレーション計算などで有機熱電素子の膜厚を20μm(マイクロメートル、1µmは100万分の1m )に最適化、高電圧化と低電気抵抗化を両立させて電圧2.4Vのリチウムイオン電池を充電できる有機熱電素子を実現した。
積層枚数が200枚の縦横22mm、厚さ6mmの新開発の素子を直列につないだ50枚のユニットを4つ並列に接続した重さ5gの装置を試作。これで市販のリチウムイオン二次電池を充電したところ、高温側の温度を100℃としたとき3時間で定格電圧2.4Vに達した。その後、時間が経過しても電圧はほぼ一定で36時間後には充電が完了し、3カ月の連続使用後も充電性能は劣化しなかった。熱源は60℃以上あれば稼働することも分かった。
産総研は今後、薄膜化や積層技術の研究をさらに進めて有機熱電素子による充電完了時間をより短くし軽量化を進める。将来的には市販のコイン型電池をすべて代替できる有機熱電素子の開発を目指す。
