国立产业技术综合研究所［中钵良二会长］（以下简称“AIST”）物理测量标准研究部[研究部主任 中村泰宏]应用电工标准研究组 天谷泰隆 藤木博之计量标准中心首席研究员 [中心主任 臼田隆]研究战略部附属公司丰岛制作所（代表董事：木本健太郎）（以下简称“丰岛制作所”）和 E-Thermogentec 株式会社（代表董事：Shutaro Nanbu）（以下简称“E-Thermogentec”）共同开发了具有出色量产能力的87 mW/cm2高输出灵活热电模块
预计通过使用将热能转化为电能的热电模块，利用我们周围的废热（未利用的热量）来发电，但陶瓷基板热电材料的传统平面热电模块由于基板坚硬且不弯曲，热量无法有效传递到管道，而管道占废热的大部分，组件的热回收效率较低。因此，我们决定使用柔性基板，使其可以安装在弯曲表面上，以及已广泛用作电子冷却元件的热电材料。碲铋，我们一直在开发一种柔性热电模块，与平板型相比，其热回收效率更高。
这次，在铋/碲材料中添加了过渡金属兴奋剂柔性热电模块采用比传统发电性能提高15倍的热电元件，并将这种热电材料安装在超薄柔性基板上。柔性热电模块在弯曲热源70℃温差下发电输出为87mW/cm2。2的高发电性能此外，他们还建立了一种制造铋碲锭的工艺，使该材料能够以比以前更低的成本进行批量生产。这将使工厂能够使用热水和燃气管道等弯曲热源，并有望扩大利用废热发电。
该结果将于2018年1月24日在Sainokuni Business Arena 2018上公布。
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| 本次开发的高输出柔性热电模块 |
当物联网在不久的将来变得普遍时，假设无线传感器将被放置在各个地方，并且认为我们周围的废热（未使用的热量）将被用作电源。热电模块是一系列电连接的热电元件，可以将热能转化为电能，并可以将废热转化为电能。因此，热电模块有望用作无线传感器的电源以及作为节能的独立电源，并且各种实证研究正在进行中。
另一方面，300摄氏度以下的低温范围内有大量未利用的热量，据说仅工业部门就超过了日本的年发电总量，需要对其进行利用。例如，如果来自热水和煤气管道等弯曲表面的未使用热量可以转化为热电，则可以用作测量工厂和工厂管道温度和压力的传感器的电源，使维护和管理变得更加容易。此外，如果可以从大量废热中回收电力，也有助于节约能源。然而，在传统的平面热电模块中，陶瓷基板坚硬且不可弯曲，因此来自管道的热量（占未使用热源的大部分）无法有效地传递到模块，导致热回收效率差和模块成本高。
产业技术研究院开发了电压、电阻等电量的精密测量技术，并将其确立为国家测量标准。我们还利用通过这些发展培育的精密测量技术来测量热电材料的绝对塞贝克系数（2017 年 11 月 22 日 AIST 新闻稿)。另一方面，丰岛制作所开发和制造薄膜材料、电池材料等功能电子材料，在热电材料的开发和制造方面拥有较高的技术能力。 E-thermogentech正在利用半导体封装技术开发自己的热电模块，在热电材料模块化方面拥有先进的技术能力。此次，三方合作开发了一种具有可弯曲结构的高输出柔性热电模块，可以作为曲面上的热源，为物联网时代所需的无线传感器供电。
该开发得到了埼玉县先进产业创造项目“针对未使用的火力发电开发高耐用性热力发电模块”（2016-2019财年）的支持。
这次是热电材料n 类型我们发现用过渡金属掺杂铋碲材料会增加塞贝克系数。这成为热电材料发电量的指标输出系数与之前版本相比提高了15倍。这种n型碲铋材料和p 类型将铋碲锭切成晶片形状，在其上形成电极，并通过切割制造铋碲芯片。通过将这些芯片高密度安装在柔性基板上，我们开发了由 260 对 PN 元件组成的柔性热电模块（图 1）。此外，通过使用可批量生产致密且均匀的烧结体的热等静压方法，我们建立了可批量生产掺杂过渡金属的n型铋/碲锭的技术。该热电模块的外径尺寸(包括柔性基板)约为64mm×64mm×1mm，重量约为9g。将热电模块安装在管道等上时，请用防水绝缘片密封热电模块。
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| 图1新开发的柔性热电模块的平面图（左）和横截面（右）示意图 |
使用产业技术研究院开发的柔性热电模块评价装置（图2（a）左），在真空中将低温侧温度设定为30℃，将高温侧温度加热至100℃，最高温度为70℃温差时的发电表现被测量。温差70℃时，开路电动势约为53V，内直流电阻27Ω，最大发电输出87mW/cm2（图2（a））。此外，即使在弯曲半径为50mm的情况下重复弯曲试验1000次后，发电输出的变化仍小于1%，表现出稳定的发电性能。 (图2(b))
预计这将扩大应用，例如使用工厂中的热水和燃气管道等弯曲热源（废热）发电。
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| (a)柔性热电模块评估装置（左）和发电输出对高温侧加热温度的依赖性（右） |
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| (b) 发电量与弯道数的关系 |
| 图2新开发的柔性热电模块的评估结果 |
AIST、丰岛制作所和E-Thermogentec将进一步推进联合开发，包括验证新开发的柔性热电模块的长期可靠性以及提高热电材料的性能。此外，我们还将继续开发一种将电源电路和散热机构与这种柔性热电模块集成在一起的热电发电系统，以实现其商业化。