“熱電轉換”的含義和發展概況

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熱電轉換是不需使用機械運動部件就能夠將熱能轉換成電能的技術的總稱。熱能實際表現為溫度差，因此熱電轉換也稱溫差發電。

目前，熱電轉換的主流是基於塞貝克效應的半導體技術。鬆下日前開發出了可大幅削減碲化鉍（BiTe）類熱電轉換元件和模塊制造成本的方法（圖1（a））。如果模塊價格大幅下滑，就極有可能在多種用途實現普及。

圖1：“真空管型”技術也重新活躍起來 最新的兩種熱電轉換模塊。鬆下開發出了制造成本較原來大幅削減的BiTe類熱電轉換模塊（a），奧格斯堡大學等試制出了利用真空管中熱電子發射現象的發電模塊（b）。解決了多年來一直存在的課題。（照片（b）由馬普研究所的J.Mannhart提供）

最近，不利用塞貝克效應的熱電轉換技術也重新活躍起來（表1）。例如熱離子發電技術。這是一種利用真空管熱電子發射現象提供電能的技術，從1970年代開始已經堅持研究了20年多年。不過，電子滯留在真空中這一“空間電荷問題”很難解決，因此一直沒有推出實際的產品。

而德國奧格斯堡大學、德國馬普研究所、美國斯坦福大學在2013年12月共同發表了一篇論文，稱已經解決了該問題（圖1（b））。採用的方法是，在真空管的射極和集極間插入柵電極，並進一步施加磁場，從而清除滯留的電子。雖然目前該技術的轉換效率還隻有10％，但理論上極有可能超過40％，如果再結合光電轉換，效率將達到60％。 （作者：野澤 哲生，日經技術在線！供稿）