新材料「熱電永久磁石」で世界最高電力密度の横型熱電発電に成功

～磁石を用いた革新的省エネ・創エネ技術へと前進

工学
2025.03.19

ネルンスト効果

熱電変換

熱電永久磁石

長野方星

電力密度

非対角ゼーベック効果

工学研究科

横型熱電発電

NIMSは、東京大学・名古屋大学との共同研究により、横型熱電変換性能の極めて高い新材料「熱電永久磁石」を開発し、熱電モジュールにおいて室温付近で電力密度56.7 mW/cm²の横型熱電発電を達成しました。これは、印加温度勾配あたりの値に換算すると、横型モジュールとして世界最高の電力密度であるだけでなく、市販の縦型モジュールにすら匹敵する性能です。本成果は、磁石が使用されるあらゆる環境下で利用できる熱エネルギーハーベスティング・マネジメント技術に繋がることが期待されます。この研究成果は、3月18日にEnergy & Environmental Science誌に掲載されます。
 

発表のポイント

当研究グループは、サマリウム・コバルト（SmCo₅）磁石とビスマス・アンチモン・テルル（Bi_0.2Sb_1.8Te₃）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「熱電永久磁石」を開発しました。この傾斜積層構造の最適設計および接合界面における電気・熱抵抗率の最小化を実現し、これまでに報告されてきた横型熱電変換を示す磁性材料よりも2桁高いzT（室温においてzT = 0.2）が得られました。さらに、今回開発した熱電永久磁石から構成される熱電モジュールについて発電試験を行ったところ、温度差152℃で56.7 mW/cm²の電力密度を達成しました。これは、印加温度勾配あたりの値に換算すると、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すら匹敵する性能となります。

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論文情報

題目
Multifunctional composite magnet realizing record-high transverse thermoelectric generation
著者
Fuyuki Ando, Takamasa Hirai, Abdulkareem Alasli, Hossein Sepehri-Amin, Yutaka Iwasaki, Hosei Nagano, and Ken-ichi Uchida
雑誌
Energy & Environmental Science
DOI
10.1039/D4EE04845H
掲載日時
2025年3月18日
 

研究代表者

大学院工学研究科　長野 方星　教授
http://www.eess.mech.nagoya-u.ac.jp