日本で発明された新しい有機熱電デバイスは、室温で温度勾配なしでエネルギーを収集します。これは、持続的かつ効率的にエネルギーを生産する方法を変える可能性のあるイノベーションです。

からの研究者チーム 日本 革新的な有機熱電デバイスを開発しました。 エネルギーを生成する 温度で 環境温度勾配を必要とせずに。 この発見は、エネルギーハーベスティング技術に革命をもたらし、実用的で持続可能な応用への新たな扉を開くことを約束します。

教授主導による研究 安達千早 の 有機電子フォトニクス研究センター (OPERA) 九州大学出身 – 日本最近有名な雑誌に掲載されました 自然なコミュニケーション。

熱電デバイスとは何ですか?

熱電デバイスは、熱電発電機とも呼ばれ、熱を熱に変換できる材料です。 電気。

この日本の技術は伝統的に、デバイスの 2 つの側面 (一方の高温側と他方の低温側) の温度差に基づいて機能し、発電に必要な温度勾配を作り出します。

これらのデバイスは、発電プロセスで廃熱を捕捉して利用できる可能性があるため、多くの研究の対象となってきました。

熱電発電機の使用の最もよく知られた例の 1 つは、次のような宇宙探査機での使用です。 火星の探査機キュリオシティ そして 旅行者。

これらのプローブは放射性同位体熱電発電機によって電力を供給され、放射性同位体の崩壊によって発生する熱が発電に必要な勾配を提供します。

しかし、その大きな可能性にもかかわらず、熱電デバイスの使用は、高い製造コスト、有害物質の使用、エネルギー効率の低さなどのいくつかの要因により依然として制限されています。

イノベーション: 温度勾配のない発電

安達氏のチームが提案する進歩は、温度勾配への依存を排除​​し、室温で発電できることだ。

」私たちは、室温で直接エネルギーを収集できる熱電デバイスを作成する方法を研究していました。」と安達氏は説明した。 」私たちの研究室は有機化合物の応用に焦点を当てており、その多くは有機化合物間の効率的なエネルギー伝達を可能にするユニークな特性を持っています。»

チームは、有機材料間の電荷移動界面の作成に焦点を当てました。いくつかの化合物をテストした後、研究者らは銅フタロシアニン (CuPc) と銅ヘキサデカフルオロフタロシアニン (F16CuPc) という 2 つの重要な材料を特定しました。

どちらも、熱電エネルギーの生成に不可欠な要素である、それらの間の電子の移動を促進することができました。

熱電特性の向上

デバイスの効率を最大化するために、研究者らは電子輸送を改善することが知られているフラーレンとBCP（ビス(1,2-ベンズイソチアゾール-3(2H)-オン1,1-ジオキシド））を組み込んだ。

この組成調整により、CuPc (180 nm)、F16CuPc (320 nm)、フラーレン (20 nm)、および BCP (20 nm) の特定の層を備えた最適化されたデバイスが得られました。

結果は印象的なものでした。このデバイスは、温度勾配を必要とせず、すべて室温で、384 mV の開路電圧、1.1 μA/cm2 の短絡電流密度、および 94 nW/cm2 の最大電力を生成しました。

これらの数字は、特にデバイスが多用途性と低コストで知られる有機材料に基づいていることを考慮すると、熱電技術の大幅な進歩を表しています。

次のステップ

熱電デバイスの開発は過去数十年にわたって大幅に進歩しましたが、この新しい有機デバイスは状況を一変させる可能性があります。 水域 フィールドで。

このデバイスは、より手頃な価格で環境的に安全であることに加えて、廃熱の生成が不可能なさまざまなシナリオで使用できる可能性を広げます。

安達さんによれば、「私たちが提案する新しい有機デバイスは、熱電デバイス分野の発展に必ず貢献します。私たちは、新しい素材を探索し、テクノロジーを最適化しながら、このプロジェクトに取り組み続けることに興奮しています。デバイスの表面積を拡大すれば、有機材料では異例である、より高い電流密度を達成することもできます。»

この研究は、OLEDから太陽電池に至るまで、さまざまな技術応用における有機化合物の可能性にも焦点を当てており、この分野における継続的なイノベーションの重要性を強化しています。

発電装置での有機材料の使用は増加傾向にあり、エネルギー市場だけでなく、電力の使用と配電の方法も変革する可能性があります。

研究者らは、継続的な最適化と新しい材料の応用を通じて、この技術が大規模に使用され、より持続可能で効率的なエネルギーソリューションに貢献できることを期待しています。

このイノベーションは、環境発電における新時代の始まりを示す可能性があり、有機材料はよりクリーンでより手頃な価格の技術への移行において重要な役割を果たすことになります。