世界最高性能の“横型”熱電発電に成功―新材料の熱電永久磁石を開発し電力密度の向上達成：物質・材料研究機構ほか
(2025年3月18日発表)
（国）物質・材料研究機構（NIMS）、東京大学、名古屋大学の共同研究グループは3月18日、熱流と直交方向に電流が発生する“横型”熱電変換方式の熱電発電で世界最高性能の電力密度を達成したと発表した。横型モジュールの開発促進が期待されるという。
熱電発電は熱エネルギーを電力エネルギーに変換する発電法。従来の熱電発電の研究では、ゼーベック効果と呼ばれる、熱流と同じ方向に電流が発生する“縦型”熱電効果が用いられてきた。
これは、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する効率を示すｚTと名付けられた材料性能指数が高いためだが、熱流と電流の経路を分けるために縦型はモジュール構造が複雑化してしまい、性能損失、製造コスト、耐久性などの面で課題を抱えている。
これを解決する有力な手段の1つとして注目されているのが、熱流と直交方向に電流が発生する“横型”熱電効果で、モジュール構造の大幅な簡略化が期待されている。
この横型熱電効果には複数の変換原理が存在するという特徴があり、NIMSはこれまでに、磁性体を活用して、単一材料中で複数の横型熱電変換原理を発現させ、それらの相乗効果により性能を改善・向上することを目指してきた。
しかし、横型熱電変換を示す磁性材料のｚTは縦型材料に比べてかなり低く、応用には遠いと考えられていた。
研究グループは今回、ｚTの極めて高い「熱電永久磁石」を開発、この材料から構成される熱電モジュールにおいて世界最高電力密度の横型熱電発電に成功した。
開発したのは、サマリウム・コバルト磁石とビスマス・アンチモン・テルル化合物を交互に積層して焼結接合し、斜めに切断した人工傾斜積層体の熱電永久磁石。
この磁石材料で熱電モジュールを作製し発電試験を行ったところ、温度差152℃で56.7ｍW/cm2の電力密度を得た。これは横型モジュールとして世界最高値であるだけでなく、市販の縦型モジュールに匹敵する性能という。
研究グループは今後、異なる熱電変換原理を同時に発現させることで熱電永久磁石材料のさらなる高性能化を目指したいとしている。
