TW202114254A - 利用熱之發電模組 - Google Patents

利用熱之發電模組 Download PDF

Info

Publication number
TW202114254A
TW202114254A TW109121152A TW109121152A TW202114254A TW 202114254 A TW202114254 A TW 202114254A TW 109121152 A TW109121152 A TW 109121152A TW 109121152 A TW109121152 A TW 109121152A TW 202114254 A TW202114254 A TW 202114254A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
heat
power generation
layer
collector
thermoelectric conversion
Prior art date
Application number
TW109121152A
Other languages
English (en)
Inventor
梅猋
後藤直哉
竹內正樹
Original Assignee
日商三櫻工業股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日商三櫻工業股份有限公司 filed Critical 日商三櫻工業股份有限公司
Publication of TW202114254A publication Critical patent/TW202114254A/zh

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N15/00—Thermoelectric devices without a junction of dissimilar materials; Thermomagnetic devices, e.g. using the Nernst-Ettingshausen effect
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/17—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/01—Manufacture or treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80—Constructional details
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80—Constructional details
    • H10N10/85—Thermoelectric active materials
    • H10N10/851—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80—Constructional details
    • H10N10/85—Thermoelectric active materials
    • H10N10/851—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions
    • H10N10/852—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions comprising tellurium, selenium or sulfur
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80—Constructional details
    • H10N10/85—Thermoelectric active materials
    • H10N10/851—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions
    • H10N10/855—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions comprising compounds containing boron, carbon, oxygen or nitrogen
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80—Constructional details
    • H10N10/85—Thermoelectric active materials
    • H10N10/856—Thermoelectric active materials comprising organic compositions
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N19/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one thermoelectric or thermomagnetic element covered by groups H10N10/00 - H10N15/00
    • H10N19/101—Multiple thermocouples connected in a cascade arrangement
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本發明之利用熱之發電模組具備：第1利用熱之發電元件，其具有沿積層方向依次重疊之第1熱電轉換層及第1電解質層；第2利用熱之發電元件，其於積層方向上與第1利用熱之發電元件重疊，且具有沿積層方向依次重疊之第2電解質層及第2熱電轉換層；及第1集電極，其於積層方向上位於第1利用熱之發電元件及第2利用熱之發電元件之間；且第1電解質層與第2電解質層介隔第1集電極相互對向，第1利用熱之發電元件與第2利用熱之發電元件相互並聯連接。

Description

利用熱之發電模組
本發明係關於一種利用熱之發電模組。
作為利用地熱或工廠之排熱等之利用熱之發電，可列舉利用席貝克效應（Seebeck effect）之方法。又，作為不利用席貝克效應之利用熱之發電，可列舉下述專利文獻1所揭示之利用熱之發電元件。於下述專利文獻1中，揭示有藉由將電解質與生成熱激發電子及電洞之熱電轉換材料組合而將熱能轉換為電能。藉由將此種利用熱之發電元件用作電子零件之電源，即便於例如普通電池易劣化之高溫環境下（例如，50℃以上），亦能夠對該電子零件供給穩定之電力。 先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：國際公開第2017/038988號
[發明所欲解決之課題]
為了將如上所述之利用熱之發電裝置實用化，要求根據用途於受限制之空間內增大輸出電流。
本發明之一態樣之目的在於提供一種能夠根據用途於受限制之空間內增大輸出電流之利用熱之發電模組。 [解決課題之技術手段]
本發明之一態樣之利用熱之發電模組具備：第1利用熱之發電元件，其具有沿積層方向依次重疊之第1熱電轉換層及第1電解質層；第2利用熱之發電元件，其於積層方向上與第1利用熱之發電元件重疊，且具有沿積層方向依次重疊之第2電解質層及第2熱電轉換層；及第1集電極，其於積層方向上位於第1利用熱之發電元件及第2利用熱之發電元件之間；且第1電解質層與第2電解質層介隔第1集電極相互對向，第1利用熱之發電元件與第2利用熱之發電元件相互並聯連接。
上述利用熱之發電模組具備沿積層方向相互重疊之第1利用熱之發電元件及第2利用熱之發電元件。藉此，可根據用途於受限制之空間內有效率地配置利用熱之發電元件彼此。此外，上述利用熱之發電模組具備於積層方向上位於第1利用熱之發電元件及第2利用熱之發電元件之間之第1集電極，第1電解質層與第2電解質層介隔第1集電極相互對向，且第1利用熱之發電元件與第2利用熱之發電元件相互並聯連接。因此，藉由對利用熱之發電模組進行加熱，而自第1利用熱之發電元件與第2利用熱之發電元件兩者輸出電流，故可增大利用熱之發電模組之輸出電流。
亦可為，第1集電極具有：第1表面，其於積層方向上位於第1利用熱之發電元件側，並且與第1電解質層相接；及第2表面，其於積層方向上位於第2利用熱之發電元件側，並且與第2電解質層相接；且第1電解質層與第2電解質層於第1集電極之邊緣相互一體化。於此情形時，例如可對第1集電極同時形成第1電解質層及第2電解質層。藉此，可降低利用熱之發電模組之製造成本。
亦可為，上述利用熱之發電模組進而具備第2集電極，該第2集電極具有與第1熱電轉換層相接之第3表面、及與第2熱電轉換層相接之第4表面；第1集電極、第1利用熱之發電元件、第2利用熱之發電元件、及第2集電極沿著與積層方向交叉之長邊方向延伸並捲繞。於此情形時，可根據用途於受限制之空間內更有效率地配置利用熱之發電元件彼此。
第1熱電轉換層與第2熱電轉換層亦可於第2集電極之邊緣相互一體化。於此情形時，例如可對第2集電極同時形成第1熱電轉換層及第2熱電轉換層。藉此，可降低利用熱之發電模組之製造成本。
亦可為，第1電解質層與第2電解質層分別沿第1集電極之長邊方向間斷地設置，且第1熱電轉換層與第2熱電轉換層分別沿第2集電極之長邊方向間斷地設置。於此情形時，於將第1集電極及第2集電極捲繞時，可抑制第1利用熱之發電元件及第2利用熱之發電元件之破損。
亦可為，第1熱電轉換層具有於積層方向上相互積層之電子熱激發層及電子傳輸層，且電子熱激發層位於電子傳輸層與第1電解質層之間。於此情形時，經由電子傳輸層自電子熱激發層良好地取出電子，故可提高利用熱之發電模組之性能。 [發明之效果]
根據本發明之一態樣，可提供一種能夠根據用途於受限制之空間內增大輸出電流之利用熱之發電模組。
以下，參照附圖，詳細地對本發明之實施形態進行說明。再者，於以下之說明中，對相同要素或具有相同功能之要素使用相同符號，並省略重複說明。
（第1實施形態） 參照圖1對第1實施形態之利用熱之發電模組之構成進行說明。圖1係表示第1實施形態之利用熱之發電模組之概略剖面圖。圖1所示之利用熱之發電模組1係顯示出藉由自外部供給熱而發電之功能之構件（即，將熱能轉換為電能之熱發電體）的集合體。利用熱之發電模組1具備複數個利用熱之發電元件2、複數個第1集電極3、複數個第2集電極4、及外電極5、6。利用熱之發電模組1之形狀無特別限定。俯視下之利用熱之發電模組1之形狀例如可為矩形等多邊形，亦可為圓形，還可為橢圓形。
複數個利用熱之發電元件2、第1集電極3、及第2集電極4沿特定之方向相互重疊。以下，將上述特定之方向簡稱為「積層方向」。本說明書中之「相同」之概念不僅包含「完全相同」，亦包含「實質上相同」。
複數個利用熱之發電元件2分別為呈相同形狀之熱發電體，藉由自外部供給熱而生成熱激發電子及電洞。藉由利用熱之發電元件2生成熱激發電子及電洞例如係於25℃以上且300℃以下實施。就生成足夠數量之熱激發電子及電洞之觀點而言，於使用利用熱之發電模組1時，利用熱之發電元件2可被加熱至例如50℃以上。就良好地防止利用熱之發電元件2之劣化等之觀點而言，於使用利用熱之發電模組1時，利用熱之發電元件2亦可被加熱至例如200℃以下。生成足夠數量之熱激發電子之溫度例如為「利用熱之發電元件2之熱激發電子密度成為1015 /cm3 以上之溫度」。
於第1實施形態中，複數個利用熱之發電元件2分別沿積層方向相互重疊，且相互並聯連接。複數個利用熱之發電元件2之數量根據對利用熱之發電模組1要求之性能而變化。
複數個利用熱之發電元件2分別為具有於積層方向上相互重疊之熱電轉換層12及電解質層13的積層體。熱電轉換層12係具有於積層方向上相互重疊之電子熱激發層12a及電子傳輸層12b、且顯示可撓性之層。
電子熱激發層12a係利用熱之發電元件2中生成熱激發電子及電洞之層，且與電解質層13相接。電子熱激發層12a含有熱電轉換材料。熱電轉換材料係於高溫環境下激發電子增加之材料，例如為金屬半導體（Si、Ge）、碲化合物半導體、矽鍺（Si-Ge）化合物半導體、矽化物化合物半導體、方鈷礦化合物半導體、晶籠化合物半導體、豪斯勒（Heusler）化合物半導體、Half-Heusler化合物半導體、金屬氧化物半導體、有機半導體等半導體材料。就於相對較低溫生成足夠之熱激發電子之觀點而言，熱電轉換材料亦可為鍺（Ge）。電子熱激發層12a之厚度例如為0.1 μm以上且100 μm以下。於此情形時，電子熱激發層12a顯示良好之可撓性。
電子熱激發層12a亦可含有複數種熱電轉換材料。電子熱激發層12a亦可含有除熱電轉換材料以外之材料。例如，電子熱激發層12a亦可含有使熱電轉換材料結合之黏合劑、輔助熱電轉換材料之成形之燒結助劑等。電子熱激發層12a例如藉由刮漿法、網版印刷法、放電電漿燒結法、加壓成形法、濺鍍法、真空蒸鍍法、化學氣相沈積法（CVD法）、旋轉塗佈法等形成。
電子傳輸層12b係將於電子熱激發層12a生成之熱激發電子向外部傳輸之層，於積層方向上介隔電子熱激發層12a位於電解質層13之相反側。因此，於利用熱之發電元件2中，電子熱激發層12a於積層方向上位於電子傳輸層12b與電解質層13之間。電子傳輸層12b含有電子傳輸材料。電子傳輸材料係傳導帶電位與熱電轉換材料之傳導帶電位相同或較其大之材料。電子傳輸材料之傳導帶電位與熱電轉換材料之傳導帶電位之差例如為0.01 V以上且0.1 V以下。電子傳輸材料例如為半導體材料、金屬材料、電子傳輸性有機物等。電子傳輸層12b例如藉由刮漿法、網版印刷法、放電電漿燒結法、加壓成形法、濺鍍法、真空蒸鍍法、CVD法、旋轉塗佈法等形成。電子傳輸層12b之厚度例如為0.1 μm以上且100 μm以下。於此情形時，電子傳輸層12b顯示良好之可撓性。
電子傳輸材料所使用之半導體材料例如與電子熱激發層12a中含有之半導體材料相同。金屬材料例如為金屬、合金、N型金屬氧化物、N型金屬硫化物、鹵化鹼金屬、鹼金屬等。N型金屬例如為鈮、鈦、鋅、錫、釩、銦、鎢、鉭、鋯、鉬及錳。電子傳輸性有機物例如為N型導電性高分子、N型低分子有機半導體、π電子共軛化合物等。電子傳輸層12b亦可含有複數種電子傳輸材料。電子傳輸層12b亦可含有除電子傳輸材料以外之材料。例如，電子傳輸層12b亦可含有使電子傳輸材料結合之黏合劑、輔助電子傳輸材料之成形之燒結助劑等。就電子傳輸性之觀點而言，半導體材料亦可為n型Si。含有n型Si之電子傳輸層12b例如藉由在矽層中摻雜磷等而形成。
電解質層13係含有電解質之層，且顯示可撓性，該電解質於藉由利用熱之發電元件2生成足夠數量之熱激發電子之溫度時，電荷傳輸離子對可於內部移動。藉由上述電荷傳輸離子對在電解質層13內移動，而於電解質層13中流通電流。「電荷傳輸離子對」係價數互不相同之一對穩定之離子。若一離子被氧化或還原則成為另一離子，藉此可移動電子與電洞。電解質層13內之電荷傳輸離子對之氧化還原電位小於電子熱激發層12a中含有之熱電轉換材料之價帶電位。因此，於電子熱激發層12a與電解質層13之界面，電荷傳輸離子對中容易被氧化之離子被氧化而成為另一離子。電解質層13亦可含有除電荷傳輸離子對以外之離子。電解質層13之厚度例如為0.1 μm以上且100 μm以下。於此情形時，電解質層13顯示良好之可撓性。
電解質層13中含有之電解質無特別限定。該電解質例如可為液體電解質，亦可為固體電解質，還可為膠狀電解質。於第1實施形態中，電解質層13含有固體電解質。固體電解質例如為於上述溫度時物理及化學上穩定之物質，可含有多價離子。固體電解質例如為鈉離子傳導體、銅離子傳導體、鐵離子傳導體、鋰離子傳導體、銀離子傳導體、氫離子傳導體、鍶離子傳導體、鋁離子傳導體、氟離子傳導體、氯離子傳導體、氧化物離子傳導體等。固體電解質例如亦可為分子量60萬以下之聚乙二醇（PEG）或其衍生物。於固體電解質為PEG之情形時，例如銅離子、鐵離子等多價離子源亦可含有於電解質層13。就提高壽命等之觀點而言，鹼金屬離子亦可含有於電解質層13。PEG之分子量相當於藉由凝膠滲透層析法以聚苯乙烯換算測定之重量平均分子量。
電解質層13可為有機電解質層，亦可為無機電解質層。有機電解質層係例如以1個或複數個有機物為主要組成之電解質層。有機物包含低分子有機化合物及高分子有機化合物中之至少一者。無機電解質層係例如以1個或複數個無機物為主要組成之電解質層。無機物可為單獨成分，亦可為無機化合物。可於有機電解質層中含有無機物，亦可於無機電解質層中含有有機物。上述有機物及無機物分別可為電解質，亦可與電解質不同。例如，電解質層13可含有作為使電解質結合之黏合劑、輔助電解質之成形之燒結助劑等發揮功能之有機物或無機物。電解質層13亦可為電洞傳輸半導體。
此處，參照圖2對利用熱之發電元件之發電機構之概要進行說明。圖2（a）係表示單一之利用熱之發電元件及端子之概略剖面圖，圖2（b）係用以說明利用熱之發電元件之發電機構之示意圖。為了說明，將圖2（a）、（b）所示之電解質層13中含有之電荷傳輸離子對設為鐵離子（Fe2+ 、Fe3+ ）。首先，於高溫環境下，當電子熱激發層12a吸收熱時，於電子熱激發層12a產生激發之電子e- 。該電子e- 向電子傳輸層12b移動。藉此，於電子熱激發層12a產生電洞h+ 。該電洞h+ 於電子熱激發層12a與電解質層13之第1界面BS1將Fe2+ 氧化。即，該電洞h+ 於第1界面BS1搶奪Fe2+ 之電子。藉此，位於第1界面BS1之Fe2+ 成為Fe3+ 。另一方面，電子傳輸層12b內過剩之電子e- 向外部移動，通過電阻R及端子T到達電解質層13。到達電解質層13之電子e- 於電解質層13與端子T之第2界面BS2將Fe3+ 還原。藉此，位於第2界面BS2之Fe3+ 成為Fe2+ 。然後，於第1界面BS1被氧化之Fe3+ 向第2界面BS2擴散，並且於第2界面BS2被還原之Fe2+ 向第1界面BS1擴散。藉此，第1界面BS1與第2界面BS2之上述氧化還原反應得以維持。藉由利用此種熱激發而生成電子且產生氧化還原反應，從而利用熱之發電元件2發電。電子通過電阻R時產生之功相當於發電。
返回至圖1，於第1實施形態中，利用熱之發電元件2具有熱電轉換層12與電解質層13沿積層方向依次重疊之第1利用熱之發電元件11、及電解質層13與熱電轉換層12沿積層方向依次重疊之第2利用熱之發電元件21。即，第1利用熱之發電元件11中之電子熱激發層12a、電子傳輸層12b及電解質層13之積層順序與第2利用熱之發電元件21中之電子熱激發層12a、電子傳輸層12b及電解質層13之積層順序互不相同。此外，於積層方向上，第1利用熱之發電元件11與第2利用熱之發電元件21交替重疊。因此，如圖1所示，第1集電極3、第1利用熱之發電元件11、第2集電極4、及第2利用熱之發電元件21於積層方向上依次重疊。
第1集電極3係作為利用熱之發電元件2之正極及負極中之一者發揮功能之電極。第2集電極4係作為利用熱之發電元件2之正極及負極中之另一者發揮功能之電極。第1集電極3與第2集電極4分別為例如具有單層構造或積層構造之導電板。導電板例如為金屬板、合金板、及其等之複合板，且顯示可撓性。第1集電極3與第2集電極4各自之厚度例如為0.1 μm以上且100 μm以下。於此情形時，第1集電極3與第2集電極4顯示良好之可撓性。第1集電極3與第2集電極4分別具有沿著與積層方向交叉之方向（以下簡稱為「水平方向」）自利用熱之發電元件2突出之突出部3a、4a。就防止外電極5、6之接觸之觀點而言，較理想為突出部3a、4a相互反向突出。於水平方向上位於突出部3a之相反側之第1集電極3之邊緣可與熱電轉換層12之邊緣對齊，亦可與電解質層13之邊緣對齊。同樣地，於水平方向上位於突出部4a之相反側之第2集電極4之邊緣可與熱電轉換層12之邊緣對齊，亦可與電解質層13之邊緣對齊。
第1集電極3具有沿水平方向延伸之表面3b、3c。表面3b（第1表面）於積層方向上位於第1利用熱之發電元件11側，並且與第1利用熱之發電元件11中含有之電解質層13相接。表面3c（第2表面）於積層方向上位於第2利用熱之發電元件21側，並且與第2利用熱之發電元件21中含有之電解質層13相接。因此，第1利用熱之發電元件11中含有之電解質層13與第2利用熱之發電元件21中含有之電解質層13介隔第1集電極3相互對向。另一方面，第2集電極4具有沿水平方向延伸之表面4b、4c。表面4b（第3表面）於積層方向上位於第1利用熱之發電元件11側，並且與第1利用熱之發電元件11中含有之熱電轉換層12相接。表面4c（第4表面）於積層方向上位於第2利用熱之發電元件21側，並且與第2利用熱之發電元件21中含有之熱電轉換層12相接。因此，第1利用熱之發電元件11中含有之熱電轉換層12與第2利用熱之發電元件21中含有之熱電轉換層12介隔第2集電極4相互對向。
就良好地發揮利用熱之發電模組1之性能之觀點而言，第1集電極3及第2集電極4中之至少一者亦可顯示高導熱性。例如，第1集電極3及第2集電極4中之至少一者之熱導率亦可為10 W/m･K以上。由於利用熱之發電模組1中不需要溫度差，故較理想為第1集電極3與第2集電極4兩者顯示高導熱性。
外電極5係作為利用熱之發電模組1之正極及負極中之一者發揮功能之導電體，且電性連接於各第2集電極4。外電極6係作為利用熱之發電模組1之正極及負極中之另一者發揮功能之導電體，且電性連接於各第1集電極3。因此，於利用熱之發電模組1中，各利用熱之發電元件2相互並聯連接。就良好地發揮利用熱之發電模組1之性能之觀點而言，外電極5、6中之至少一者亦可顯示高導熱性。例如，外電極5、6中之至少一者之熱導率亦可為10 W/m･K以上。由於外電極5、6相對於利用熱之發電元件2隔開，故外電極5、6亦可含有銅等。由於利用熱之發電模組1中不需要溫度差，故較理想為外電極5、6兩者顯示高導熱性。
繼而，參照圖3～圖5，對第1實施形態之利用熱之發電模組1之製造方法之一例進行說明。圖3（a）係第1集電極之概略斜視圖，圖3（b）係圖3（a）之俯視圖，圖3（c）係圖3（a）之局部剖面圖。圖4（a）係第2集電極之概略斜視圖，圖4（b）係圖4（a）之俯視圖，圖4（c）係圖4（a）之局部剖面圖。圖5（a）～（c）係用以說明利用熱之發電模組之製造方法之圖。
如圖3（a）～（c）所示，首先，準備沿水平方向延伸並且俯視下呈帶狀之第1集電極3。於第1集電極3，分別於表面3b上與表面3c上設置電解質層13。各電解質層13以沿第1集電極3之長邊方向延伸之方式形成。於該長邊方向上，第1集電極3之邊緣與各電解質層13之邊緣相互對齊。另一方面，於第1集電極3之短邊方向上，第1集電極3之邊緣與各電解質層13之邊緣未相互對齊。具體而言，於該短邊方向上，第1集電極3之突出部3a自電解質層13突出。各電解質層13例如藉由刮漿法、網版印刷法、濺鍍法、真空蒸鍍法、CVD法、溶膠凝膠法、或旋轉塗佈法形成。
如圖4（a）～（c）所示，準備俯視下呈帶狀之第2集電極4。於第2集電極4，分別於表面4b上與表面4c上設置熱電轉換層12。熱電轉換層12中含有之電子傳輸層12b與第2集電極4相接。各熱電轉換層12以沿第2集電極4之長邊方向延伸之方式形成。於該長邊方向上，第2集電極4之邊緣與各熱電轉換層12之邊緣相互對齊。另一方面，於第2集電極4之短邊方向上，第2集電極4之邊緣與各熱電轉換層12之邊緣未相互對齊。具體而言，於該短邊方向上，第2集電極4之突出部4a自熱電轉換層12突出。設置有電解質層13之第1集電極3之準備、及設置有熱電轉換層12之第2集電極4之準備可同時實施，亦可於不同之時點實施。
繼而，如圖5（a）所示，藉由將設置有電解質層13之第1集電極3、與設置有熱電轉換層12之第2集電極4積層，而形成積層體31。此時，以於各集電極之短邊方向上，突出部3a、4a延伸之方向互為相反側之方式積層第1集電極3與第2集電極4。以第1集電極3之長邊方向與第2集電極4之長邊方向一致之方式積層第1集電極3與第2集電極4。藉由積層第1集電極3與第2集電極4，從而設置於第1集電極3之一對電解質層13中之一者與設置於第2集電極4之一對熱電轉換層12中之一者相接。藉此，於第1集電極3與第2集電極4之間形成具有一對電解質層13中之一者、及一對熱電轉換層12中之一者的利用熱之發電元件2。
繼而，如圖5（b）所示，沿長邊方向捲繞積層體31。此時，熱電轉換層12與電解質層13分別追隨於第1集電極3及第2集電極4被捲繞。藉此，如圖5（c）所示，設置於第1集電極3之一對電解質層13中之另一者與設置於第2集電極4之一對熱電轉換層12中之另一者相接。由此，形成具有一對電解質層13中之另一者、及一對熱電轉換層12中之另一者的利用熱之發電元件2。藉由繼續捲繞積層體31，而於第1集電極3與第2集電極4之積層方向上，第1利用熱之發電元件11與第2利用熱之發電元件21交替設置。將積層體31捲繞後，將第1集電極3之突出部3a連接於外電極5，並且將第2集電極4之突出部4a連接於外電極6，藉此，製造具備圖1所示之截面之利用熱之發電模組1。
以上所說明之第1實施形態之利用熱之發電模組1具備於積層方向上相互重疊之第1利用熱之發電元件11及第2利用熱之發電元件21。藉此，可根據用途於受限制之空間內有效率地配置利用熱之發電元件2彼此。此外，於利用熱之發電模組1中，第1利用熱之發電元件11與第2利用熱之發電元件21相互並聯連接。因此，藉由自第1利用熱之發電元件11與第2利用熱之發電元件21兩者輸出電流，可增大利用熱之發電模組1之輸出電流。例如，於利用熱之發電模組之安裝空間之限制較大、且期望其小型化之用途中，可容易地兼顧利用熱之發電模組1之小型化與輸出電流之增大。
於第1實施形態中，利用熱之發電模組1進而具備第2集電極4，該第2集電極4具有之後與第1利用熱之發電元件11中含有之熱電轉換層12相接之表面4b、及之後與第2利用熱之發電元件21中含有之熱電轉換層12相接之表面4c，且第1集電極3、第1利用熱之發電元件11、第2利用熱之發電元件21、及第2集電極4沿著與積層方向交叉之方向延伸並捲繞。於此情形時，可更有效率地配置利用熱之發電元件2彼此。例如，於利用熱之發電模組之安裝空間之限制較大、且期望其小型化之用途中，可良好地實現利用熱之發電模組1之小型化、及利用熱之發電模組1之輸出電流之增大。
於第1實施形態中，熱電轉換層12具有於積層方向上相互積層之電子熱激發層12a及電子傳輸層12b，電子熱激發層12a位於電子傳輸層12b與電解質層13之間。因此，經由電子傳輸層12b自電子熱激發層12a良好地取出電子，故可提高利用熱之發電模組1之性能。
以下，參照圖6對第1實施形態之第1變化例進行說明，並參照圖7（a）、（b）對第1實施形態之第2變化例進行說明。
圖6係表示第1實施形態之第1變化例之利用熱之發電模組之一部分的概略剖面圖。如圖6所示，積層體31亦可一面摺疊一面捲繞。於此情形時，於第1集電極3、利用熱之發電元件2及第2集電極4之捲繞體設置角。就抑制由該角引起之破損之觀點而言，較理想為積層體31中含有之各構成要件顯示良好之可撓性。更理想為該各構成要件中之至少一者顯示伸長性。於此種第1變化例中，亦發揮與上述第1實施形態同樣之作用效果。
圖7（a）係表示積層體捲繞前之狀態之斜視圖。於第2變化例中，如圖7（a）所示，於第1集電極3之各表面3b、3c上沿第1集電極3之長邊方向間斷地設置各電解質層13。因此，於第1集電極3中在長邊方向上相鄰之電解質層13彼此之間之區域設置自電解質層13露出之露出部3d。同樣地，於第2集電極4之各表面4b、4c上沿第2集電極4之長邊方向間斷地設置各熱電轉換層12。因此，於第2集電極4中在長邊方向上相鄰之熱電轉換層12彼此之間之區域設置自熱電轉換層12露出之露出部4d。熱電轉換層12與電解質層13於積層方向上相互重疊。因此，露出部3d、4d於積層方向上相互重疊。
圖7（b）、（c）係表示捲繞積層體之狀態之圖。如圖7（b）、（c）所示，積層體31A係藉由將露出部3d、4d彎曲而被摺疊。越靠捲繞體之外周側，彎曲之部分越大，故沿著長邊方向之露出部3d、4d之尺寸亦可自一側至另一側逐漸變大。或者，第1集電極3與第2集電極4分別亦可顯示伸長性。於此種情形時，可良好地防止利用熱之發電元件2之彎曲。
於此種第2變化例中，亦發揮與上述第1實施形態同樣之作用效果。此外，於積層體31A中，可防止利用熱之發電元件2之彎曲。因此，即便於利用熱之發電元件2中含有之構成要件不顯示可撓性之情形時，亦能夠將積層體31A捲繞。
（第2實施形態） 以下，對第2實施形態之利用熱之發電模組進行說明。於第2實施形態之說明中省略與第1實施形態重複之記載，而記載與第1實施形態不同之部分。即，亦可於技術上可能之範圍內將第1實施形態之記載適當用於第2實施形態。
圖8係表示第2實施形態之利用熱之發電模組之概略剖面圖。如圖8所示，利用熱之發電模組1A具備設置有電解質層13A之第1集電極3A、設置有熱電轉換層12A之第2集電極4A、連接於第2集電極4A之外電極5、及連接於第1集電極3A之外電極6。於水平方向上，第1集電極3A中位於突出部3a之相反側之邊緣3e由電解質層13A所覆蓋。因此，於第2實施形態中，與第1實施形態不同，設置於第1集電極3A之表面3b上之電解質層與設置於第1集電極3A之表面3c上之電解質層可謂於邊緣3e相互一體化。同樣地，於水平方向上，第2集電極4A中位於突出部4a之相反側之邊緣4e由熱電轉換層12A所覆蓋。因此，於第2實施形態中，設置於第2集電極4A之表面4b上之熱電轉換層與設置於第2集電極4A之表面4c上之熱電轉換層可謂於邊緣4e相互一體化。
於以上所說明之第2實施形態中，亦發揮與上述第1實施形態同樣之作用效果。此外，根據第2實施形態，可對第1集電極3A同時形成設置於表面3b上之電解質層與設置於表面3c上之電解質層。可對第2集電極4A同時形成設置於表面4b上之熱電轉換層與設置於表面4c上之熱電轉換層。藉此，可降低利用熱之發電模組1A之製造成本。
本發明之利用熱之發電模組並不限定於上述實施形態及上述變化例等，可進行其他各式各樣的變化。例如，於上述實施形態及上述變化例中，利用熱之發電元件具有熱電轉換層及電解質層，但並不限於此。利用熱之發電元件亦可具有除上述2層以外之層。熱電轉換層具有電子熱激發層及電子傳輸層，但並不限於此。熱電轉換層亦可具有除上述2層以外之層，還可僅具有電子熱激發層。
於上述實施形態及上述變化例中，設置有電解質層之第1集電極與設置有熱電轉換層之第2集電極之積層體被捲繞，但並不限於此。例如，利用熱之發電模組亦可具有複數個上述第1集電極、及複數個上述第2集電極，且該等第1集電極與第2集電極交替積層。於此情形時，可抑制俯視下之利用熱之發電模組之面積，並且增大利用熱之發電模組之輸出電流。此外，利用熱之發電元件及各集電極亦可不顯示可撓性，故可提高利用熱之發電模組之設計自由度。於複數個上述第1集電極與複數個上述第2集電極簡單交替積層之情形時，積層方向上之利用熱之發電模組之端可由集電極形成。
於上述實施形態及上述變化例中，利用熱之發電模組亦可由保護材等覆蓋。於此情形時，可抑制利用熱之發電模組之破損等。保護材可覆蓋整個利用熱之發電模組，亦可覆蓋其一部分。例如，保護材亦可僅覆蓋利用熱之發電模組之側面。作為具體例，保護材亦可僅覆蓋利用熱之發電元件中自集電極及外電極露出之部分。就熱發電效率之觀點而言，較理想為保護材顯示高導熱性。保護材例如為含有Si之樹脂（Si傳熱樹脂）、陶瓷、高導熱性玻璃等。保護材亦可含有顯示高導熱性之熱傳導構件。該熱傳導構件亦可顯示導電性。於此情形時，熱傳導構件由絕緣體完全被覆。
1,1A:利用熱之發電模組 2:利用熱之發電元件 3,3A:第1集電極 3a:突出部 3b:表面 3c:表面 3d:露出部 3e:邊緣 4,4A:第2集電極 4a:突出部 4b:表面 4c:表面 4d:露出部 4e:邊緣 5,6:外電極 11:第1利用熱之發電元件 12:熱電轉換層 12a:電子熱激發層 12b:電子傳輸層 13:電解質層 21:第2利用熱之發電元件 31,31A:積層體
[圖1]係表示第1實施形態之利用熱之發電模組之概略剖面圖； [圖2（a）]係表示單一之利用熱之發電元件及端子之概略剖面圖，[圖2（b）]係用以說明利用熱之發電元件之發電機構之示意圖； [圖3（a）]係第1集電極之概略斜視圖，[圖3（b）]係圖3（a）之俯視圖，[圖3（c）]係圖3（a）之局部剖面圖； [圖4（a）]係第2集電極之概略斜視圖，[圖4（b）]係圖4（a）之俯視圖，[圖4（c）]係圖4（a）之局部剖面圖； [圖5（a）～（c）]係用以說明利用熱之發電模組之製造方法之圖； [圖6]係表示第1實施形態之第1變化例之利用熱之發電模組之一部分的概略剖面圖； [圖7（a）]係表示積層體捲繞前之狀態之斜視圖，[圖7（b）、（c）]係表示捲繞積層體之狀態之圖； [圖8]係表示第2實施形態之利用熱之發電模組之概略剖面圖。
1:利用熱之發電模組
2:利用熱之發電元件
3:第1集電極
3a:突出部
3b:表面
3c:表面
4:第2集電極
4a:突出部
4b:表面
4c:表面
5,6:外電極
11:第1利用熱之發電元件
12:熱電轉換層
12a:電子熱激發層
12b:電子傳輸層
13:電解質層

Claims (6)

  1. 一種利用熱之發電模組，其具備： 第1利用熱之發電元件，其具有沿積層方向依次重疊之第1熱電轉換層及第1電解質層； 第2利用熱之發電元件，其於上述積層方向上與上述第1利用熱之發電元件重疊，且具有沿上述積層方向依次重疊之第2電解質層及第2熱電轉換層；及 第1集電極，其於上述積層方向上位於上述第1利用熱之發電元件及上述第2利用熱之發電元件之間；且 上述第1電解質層與上述第2電解質層介隔上述第1集電極相互對向， 上述第1利用熱之發電元件與上述第2利用熱之發電元件相互並聯連接。
  2. 如請求項1之利用熱之發電模組，其中，上述第1集電極具有：第1表面，其於上述積層方向上位於上述第1利用熱之發電元件側，並且與上述第1電解質層相接；及第2表面，其於上述積層方向上位於上述第2利用熱之發電元件側，並且與上述第2電解質層相接； 上述第1電解質層與上述第2電解質層於上述第1集電極之邊緣相互一體化。
  3. 如請求項1或2之利用熱之發電模組，其進而具備第2集電極，該第2集電極具有與上述第1熱電轉換層相接之第3表面、及與上述第2熱電轉換層相接之第4表面； 上述第1集電極、上述第1利用熱之發電元件、上述第2利用熱之發電元件、及上述第2集電極沿著與上述積層方向交叉之方向延伸並捲繞。
  4. 如請求項3之利用熱之發電模組，其中，上述第1熱電轉換層與上述第2熱電轉換層於上述第2集電極之邊緣相互一體化。
  5. 如請求項3或4之利用熱之發電模組，其中，上述第1熱電轉換層與上述第2熱電轉換層分別沿上述第2集電極之長邊方向間斷地設置。
  6. 如請求項1至5中任一項之利用熱之發電模組，其中，上述第1熱電轉換層具有於上述積層方向上相互積層之電子熱激發層及電子傳輸層， 上述電子熱激發層位於上述電子傳輸層與上述第1電解質層之間。
TW109121152A 2019-06-26 2020-06-22 利用熱之發電模組 TW202114254A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019119041A JP2021005650A (ja) 2019-06-26 2019-06-26 熱利用発電モジュール
JPJP2019-119041 2019-06-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW202114254A true TW202114254A (zh) 2021-04-01

Family

ID=74060129

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW109121152A TW202114254A (zh) 2019-06-26 2020-06-22 利用熱之發電模組

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20220367779A1 (zh)
EP (1) EP3968393A4 (zh)
JP (1) JP2021005650A (zh)
CN (1) CN114051661A (zh)
TW (1) TW202114254A (zh)
WO (1) WO2020262165A1 (zh)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009009722A (ja) * 2007-06-26 2009-01-15 Tomoegawa Paper Co Ltd 色素増感太陽電池および色素増感太陽電池封入体
KR100997994B1 (ko) * 2009-04-13 2010-12-03 삼성전기주식회사 열전소자
JP5988172B2 (ja) * 2011-04-12 2016-09-07 国立大学法人 筑波大学 酸化還元反応を利用した熱電変換方法および熱電変換素子
WO2013161051A1 (ja) * 2012-04-27 2013-10-31 株式会社日本マイクロニクス 二次電池
WO2017038988A1 (ja) * 2015-09-04 2017-03-09 国立大学法人東京工業大学 熱電発電素子及びそれを含む熱電発電モジュール、並びにそれを用いた熱電発電方法
JP6147901B1 (ja) * 2016-07-29 2017-06-14 株式会社Ｇｃｅインスティチュート 熱電素子及び熱電素子の製造方法
FR3068831B1 (fr) * 2017-07-04 2021-11-26 Commissariat Energie Atomique Procedes de realisation d'un faisceau electrochimique d'un accumulateur metal-ion au moyen d'une membrane a electrolyte polymere gelifie, accumulateurs associes

Also Published As

Publication number Publication date
CN114051661A (zh) 2022-02-15
EP3968393A4 (en) 2023-07-12
JP2021005650A (ja) 2021-01-14
US20220367779A1 (en) 2022-11-17
EP3968393A1 (en) 2022-03-16
WO2020262165A1 (ja) 2020-12-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20110259018A1 (en) Thermoelectric module and method for manufacturing the same
JP7104684B2 (ja) 光熱変換基板を備えた熱電変換モジュール
JP2024014924A (ja) 熱発電電池、熱発電電池の製造方法及び熱発電体の製造方法
US20220367778A1 (en) Thermoelectric generation device
WO2020262171A1 (ja) 熱利用発電モジュール
TW202114254A (zh) 利用熱之發電模組
JP2020535661A (ja) 熱電モジュール
US20240147858A1 (en) Heat-utilizing power generation module and thermal power generation device equipped with same
WO2023033062A1 (ja) 熱利用発電モジュール及びその製造方法
JP2024030453A (ja) 熱利用発電モジュール
JP2024030452A (ja) 熱利用発電モジュール
EP4398699A1 (en) Heat-utilizing power generation module and manufacturing method therefor
US20220254979A1 (en) Heat generator
WO2024053430A1 (ja) 熱電変換モジュール
CN113841258A (zh) 太阳能电池模块
JP2010108607A (ja) 電池パック及びその製造方法
JP2010123828A (ja) 熱発電デバイス