WO2017155046A1 - 熱電変換材料とそれを有する熱電変換装置、熱化学電池及び熱電センサー - Google Patents

熱電変換材料とそれを有する熱電変換装置、熱化学電池及び熱電センサー Download PDF

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cyclodextrin
compound
electrode
concentration
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鉄兵 山田
泓遥 周
君塚　信夫
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    • H01M6/36—Deferred-action cells containing electrolyte and made operational by physical means, e.g. thermal cells

Definitions

  • the present invention relates to a thermoelectric conversion material, a thermoelectric conversion device including the thermoelectric conversion material, a thermochemical battery, and a thermoelectric sensor.
  • This application claims priority on March 9, 2016 based on Japanese Patent Application No. 2016-046309 for which it applied to Japan, and uses the content here.
  • thermoelectric conversion materials have attracted attention in order to convert minute energy such as waste heat into electric power.
  • expectations are high for thin and efficient thermoelectric conversion materials as an energy source for mobile devices.
  • conventional alloy-based thermoelectric conversion materials have the disadvantages of high thermal conductivity and low Seebeck coefficient (Se). Therefore, a thermochemical battery, which is a kind of thermoelectric conversion material using a solution of ions capable of redox, has recently attracted attention (Non-Patent Document 1).
  • the Seebeck coefficient (Se) of a conventional solid thermoelectric alloy is about 0.2 mV / K
  • a thermochemical battery can be manufactured at a low cost while the Seebeck coefficient (Se) has a value that is an order of magnitude larger.
  • Expected For example, in a thermochemical cell composed of I ⁇ and I 3 ⁇ , an electric potential is generated when an equilibrium potential formed by redox equilibrium is shifted between a high temperature and a low temperature.
  • the Seebeck coefficient is about 600 ⁇ V / K, which is known to be higher than that of alloy-based thermoelectric conversion materials.
  • the conductivity of the electrolyte is low. Further improvement of the Seebeck coefficient has been required (Non-Patent Document 2).
  • the present invention is a new technique for improving the Seebeck coefficient, and is capable of selectively capturing only one of the redox pairs at a low temperature and releasing it at a high temperature. Focused on compounds.
  • the redox couple is an iodide ion (I ⁇ ) and a triiodide ion (I 3 ⁇ )
  • I ⁇ iodide ion
  • I 3 ⁇ triiodide ion
  • focusing on host-guest chemistry for example, by adding cyclodextrin to the electrolyte
  • I 3 - is trapped by cyclodextrin, whereas at high temperatures, I 3 - is released, so that the redox equilibrium potential is greatly shifted.
  • an object of the present invention is to provide a thermoelectric conversion material with improved Seebeck coefficient and improved thermoelectric conversion efficiency.
  • the Seebeck coefficient can be improved over conventional thermoelectric conversion materials by selectively adding to the electrolyte a capture compound that selectively captures one of the redox couples at a low temperature and releases it at a high temperature. It was.
  • the Seebeck coefficient (Se) is 2 mV. It was found that it is possible to improve to about / K.
  • the present invention is as follows [1] to [11].
  • thermoelectric conversion material comprising a capture compound that selectively captures only one of the redox pairs at a low temperature and releases it at a high temperature.
  • the capture compound is at least one selected from the group consisting of a cyclic compound and a helical compound.
  • the trapping compound is a molecule that self-assembles at a low temperature.
  • the capture compound is a host compound that forms an inclusion compound.
  • the redox pair is a pair selected from the group consisting of iodide ion and triiodide ion, ferrocyanide ion and ferricyanide ion, cobalt trisbipyridine (II) and cobalt trisbipyridine (III).
  • thermoelectric conversion material according to any one of [1] to [5], wherein [7] The thermoelectric conversion material according to any one of [1] to [6], further comprising an electrolyte that causes the capture compound to self-assemble at a low temperature.
  • a thermoelectric conversion device comprising the thermoelectric conversion material according to any one of [1] to [7] and a pair of electrodes.
  • a thermochemical battery comprising the thermoelectric conversion device according to [8] or [9].
  • a thermoelectric sensor comprising the thermoelectric conversion device according to [8] or [9].
  • the Seebeck coefficient it is possible to improve the Seebeck coefficient over the conventional thermoelectric conversion material by selectively adding only one of the redox couples at a low temperature and adding a capture compound that is released at a high temperature to the electrolyte. It becomes possible.
  • the Seebeck coefficient can be improved to about 2000 ⁇ V / K.
  • thermoelectric conversion apparatus shown with the thermoelectric conversion material of this invention.
  • ⁇ - cyclodextrin by I 3 - is a conceptual diagram showing a selectively to clathrate. It is a conceptual diagram showing that I 3 - is selectively included in the vicinity of the first electrode on the low temperature side by adding ⁇ -cyclodextrin ( ⁇ -CD). Seebeck coefficient (Se) and ratio of [ ⁇ -cyclodextrin addition concentration ([ ⁇ -CD] 0 ) to I 3 ⁇ addition concentration ([I 3 ⁇ ] 0 ) ([ ⁇ CD] 0 / [I 3 - ] 0 ) is a diagram showing a relationship.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram showing that an inclusion compound of ⁇ -cyclodextrin and I 3 ⁇ further self-assembles with potassium ions in a system containing potassium ions. It is a figure which shows the complex density
  • ⁇ - cyclodextrin ( ⁇ -CD), ⁇ - cyclodextrin ( ⁇ -CD), ⁇ - cyclodextrin (gamma-CD) and I 3 - is a Arrhenius plot of the binding constant for forming the ion and inclusion compounds. It is a conceptual diagram which shows that the amylose which is a main component of starch takes in an iodine.
  • FIG. 6 is a diagram recording changes with time in power density of a battery to which ⁇ -CD and an electrolyte are added. It is a figure which shows the Seebeck coefficient (solid line, mV / K) after KCl addition.
  • FIG. 3 is a diagram showing a crystal structure of K [( ⁇ -CD) 2 -I 5 ].
  • I 3 - increased power density by inclusion is a diagram showing a. Seebeck coefficient (Se), ⁇ -CD and the concentration of I 3 - is graph depicting the relationship between the ratio of the concentration.
  • Sobeck coefficient a diagram showing the relationship between the concentration of polyethylene glycol 3000 (PEG 3000) (in terms of monomer, mM monomer). It is a figure which shows the relationship between a Seebeck coefficient (Se) and the density
  • thermoelectric conversion material of the present invention has a redox couple and a capture compound that selectively captures only one of the redox couples at a low temperature and releases it at a high temperature.
  • thermoelectric conversion material refers to a material that directly converts heat into electricity, or electricity directly into heat.
  • a device that uses the Seebeck effect, a device that uses the Peltier effect, and the Thomson effect Means a material that can be used in a device or the like using FIG. 1 is a conceptual diagram showing a thermoelectric conversion device including the thermoelectric conversion material of the present invention.
  • the capture compound is not particularly limited as long as it is a capture compound that selectively captures only one of the redox pairs at a low temperature and releases it at a high temperature.
  • the capture target is confined in the compound.
  • polymers such as cyclic compounds and helical compounds that can be used.
  • the capture compound can be cooled at low temperature. It may be a compound that self-assembles.
  • the cyclic compound is, for example, cyclodextrin
  • the helical compound is, for example, starch.
  • the capture compound is preferably one or more selected from the group consisting of cyclodextrin, starch, polyvinylpyrrolidone, polyethylene oxide, polyethylene glycol, and the like, and more preferably cyclodextrin.
  • the redox pair consists of an oxidant active species and a reducing agent active species.
  • the oxidant active species can be reduced to a reducing agent active species by a reduction reaction, or the reducing agent active species can be oxidized to an oxidant active species by an oxidation reaction.
  • the redox pair is preferably a pair selected from the group consisting of iodide ions and triiodide ions, and more preferably iodide ions and triiodide ions.
  • the thermoelectric conversion material of the present invention contains an ionic electrolyte, and the ionic electrolyte is preferably an ionic liquid, more preferably an aqueous solvent or water containing water and an organic solvent.
  • the ionic electrolyte is an aqueous solvent or water
  • the redox couple undergoes a redox reaction in the aqueous solvent or water, and the capture compound selectively selects only one of the redox couples in the aqueous solvent or water.
  • it is characterized by being captured at a low temperature and released at a high temperature.
  • the ionic electrolyte may contain ions other than the redox couple.
  • the ionic electrolyte when it is an aqueous solvent or water, it preferably contains an alkali ion. Further, it preferably includes an electrolyte that self-assembles the capture compound at a low temperature.
  • the redox couple is an iodide ion and a triiodide ion
  • the capture compound is preferably a cyclodextrin capable of capturing a triiodide ion, and more preferably an ⁇ -cyclodextrin.
  • the ionic electrolyte is an aqueous solvent or water. It is preferable that the aqueous solvent or water further contains an alkali ion.
  • thermoelectric conversion device of the present invention has the above-described thermoelectric conversion material and a pair of electrodes.
  • “Thermoelectric conversion device” means a thermoelectric conversion element that can mutually convert thermal energy and electrical energy such as Seebeck element or Peltier element using a thermoelectric conversion material, or a known apparatus using a thermoelectric conversion material.
  • the thermoelectric conversion device of the present invention includes, for example, a redox couple, a capture compound that selectively captures only one of the redox couple at a low temperature and releases it at a high temperature, an ionic electrolyte, a first electrode, and a first electrode.
  • the electrolyte is in physical contact with at least a part of the surface of the first electrode and at least a part of the surface of the second electrode.
  • Capture compound There is no particular limitation as long as the capture compound selectively captures only one of the redox pairs at a low temperature and releases it at a high temperature.
  • the capture target may be trapped in the compound. Examples thereof include polymers such as cyclic compounds and helical compounds that can be produced.
  • the capture compound is preferably a host compound that forms an inclusion compound by inclusion of the capture target. Further, for example, if the aggregate formed by self-assembly of the capture compound at low temperature can selectively capture only one of the redox pairs at low temperature and release it at high temperature, the capture compound can be cooled at low temperature. It may be a compound that self-assembles.
  • the cyclic compound is, for example, cyclodextrin
  • the helical compound is, for example, starch, polyvinyl pyrrolidone, polyethylene oxide.
  • the host compound is, for example, cyclodextrin, starch, polyvinyl pyrrolidone, polyethylene oxide.
  • the capture compound is preferably one or more selected from the group consisting of cyclodextrin, starch, polyvinylpyrrolidone, polyethylene oxide, polyethylene glycol, and the like, and more preferably cyclodextrin.
  • cyclodextrins examples include ⁇ -cyclodextrin ( ⁇ -CD), ⁇ -cyclodextrin ( ⁇ -CD), ⁇ -cyclodextrin ( ⁇ -CD), and hexakis- (2,6-di-O-methyl).
  • ⁇ -cyclodextrin Di-O-Me- ⁇ -CD
  • Tri-O-Me- ⁇ -CD One or two or more compounds selected from the group consisting of: ⁇ -cyclodextrin ( ⁇ -CD), hexakis- (2,6-di-O-methyl) - ⁇ -cyclodextrin (Di-O-Me- ⁇ -CD), and hexakis- (2,3,6- More preferred is one or more compounds selected from the group consisting of tri-O-methyl) - ⁇ -cyclodextrin (Tri-O-Me- ⁇ -CD).
  • the redox pair is composed of an oxidant active species and a reducing agent active species.
  • the oxidant active species can be reduced to a reducing agent active species by a reduction reaction, or the reducing agent active species can be oxidized to an oxidant active species by an oxidation reaction.
  • the redox pairs are iodide ion and triiodide ion, ferrocyanide ion and ferricyanide ion, cobalt trisbipyridine (II) and cobalt trisbipyridine (III), ferrocene monocarboxylic acid (FeII) and ferrocenium monocarboxylic acid.
  • a pair selected from the group consisting of acids (FeIII) is preferable, and iodide ion and triiodide ion are more preferable.
  • the ionic electrolyte is preferably an ionic liquid or an ionic solid, and more preferably an aqueous solvent containing water and an organic solvent or water.
  • the ionic electrolyte is an aqueous solvent or water
  • the redox couple undergoes a redox reaction in the aqueous solvent or water, and the capture compound selectively selects only one of the redox couple in the aqueous solvent or water.
  • it is characterized by being captured at a low temperature and released at a high temperature.
  • the aqueous electrolyte further contains an alkali ion such as potassium.
  • first electrode or second electrode Examples of the material of the partial surface portion of the first electrode or the second electrode in contact with the electrolyte include a conductive material such as platinum or carbon, and platinum having a high dissolution potential and excellent corrosion resistance is preferable. Further, carbon such as graphite is preferable from the viewpoint of low production cost and large surface area.
  • thermoelectric conversion device for example, in the first electrode, an oxidation reaction in which one reducing agent of the redox pair is changed to the other oxidizing agent occurs, and in the second electrode, A reduction reaction occurs in which the oxidizing agent changes to the reducing agent.
  • a power generation device such as a Seebeck element that generates a thermoelectromotive force between the first electrode and the second electrode by causing a temperature difference between the first electrode and the second electrode, and causing a potential difference due to the temperature difference.
  • thermoelectric conversion device for example, in the first electrode, an oxidation reaction in which one reducing agent of the redox pair is changed to the other oxidizing agent occurs, and in the second electrode, A reduction reaction occurs in which the oxidizing agent is changed to the reducing agent.
  • a potential difference between the first electrode and the second electrode a temperature difference occurs due to the potential difference, and cooling / heating of a Peltier element or the like that causes heat transfer between the first electrode and the second electrode Apparatus.
  • thermoelectric conversion device for example, an oxidation reaction of a redox pair occurs in the first electrode on the low temperature side, and a reduction reaction of the redox pair occurs on the second electrode on the high temperature side.
  • examples thereof include an n-type Seebeck element in which a trapping compound traps an oxidant active species of the redox pair and generates a thermoelectromotive force between the first electrode and the second electrode.
  • the thermoelectric conversion device includes, for example, iodide ions, triiodide ions, cyclodextrin, water or an aqueous solvent, and includes a first electrode on the low temperature side and a high temperature side electrode. A second electrode.
  • the aqueous electrolyte is in physical contact with at least part of the surface of the first electrode and at least part of the surface of the second electrode, and at least the material of the electrode surface part in contact with the electrolyte is a conductive material such as platinum or carbon. Material.
  • platinum having a high dissolution potential and excellent corrosion resistance is particularly preferable.
  • carbon such as graphite is preferable from the viewpoint of low production cost and large surface area.
  • the aqueous electrolyte preferably further contains an alkali ion such as potassium.
  • thermo-electrochemical cell of the present invention uses the thermoelectric conversion material of the present invention to cause an oxidation-reduction reaction in the first electrode and the second electrode due to a temperature difference between the first electrode and the second electrode.
  • the Seebeck element is evaluated by the Seebeck coefficient (Se) represented by the following formula 1.
  • ⁇ E is a potential difference between the electrodes
  • ⁇ T is a temperature difference
  • thermoelectric conversion material provided in the thermochemical battery of the present invention includes a redox couple and a capture compound that selectively captures only one of the redox couple at a low temperature and releases it at a high temperature.
  • a redox couple and a capture compound that selectively captures only one of the redox couple at a low temperature and releases it at a high temperature.
  • the redox potential (E) of the redox couple is expressed by the standard potential (Ef), the temperature, the oxidant active species concentration ([Ox]) of the redox couple, and the reducing agent active species concentration ([Red]). ).
  • the present invention includes a capture compound that selectively captures only one of the redox couples at a low temperature and releases it at a high temperature, so that, for example, oxidation generated by an oxidation reaction in the vicinity of the first electrode on the low temperature side.
  • Capture active agent species and reduce oxidant active species concentration ([Ox]) In the vicinity of the high temperature second electrode, the oxidant active species that are the reaction product of the reduction reaction are released, and the oxidant active species concentration ([Ox]) is increased.
  • an oxidant active species concentration ([Ox]) difference between the vicinity of the first electrode and the vicinity of the second electrode is generated, and the first electrode is used by using the concentration difference as compared with the conventional temperature difference battery that does not include the trapping compound. And a potential difference between the second electrode and the second electrode.
  • thermochemical battery according to the first embodiment of the present invention includes iodide ions, triiodide ions, ⁇ -cyclodextrin, water or an aqueous solvent, and includes a first electrode on the low temperature side and a first electrode on the high temperature side. 2 electrodes.
  • I 3 by ⁇ - cyclodextrin - is a conceptual diagram showing that contact selectively packaging a.
  • the oxidant active species I 3 ⁇ generated by the oxidation reaction (I ⁇ / I 3 ⁇ ) is captured, and the oxidant active species concentration ([I 3 ⁇ ]) is reduced.
  • the oxidant active species that are the reactant of the reduction reaction (I 3 ⁇ / I ⁇ ) are released, and the oxidant active species concentration ([I 3 ⁇ ]) is increased.
  • the concentration difference is used in comparison with the conventional temperature difference battery that does not include the trapping compound.
  • the potential difference between the first electrode and the second electrode is increased (Formula 3).
  • FIG. 3 is a conceptual diagram showing that I 3 ⁇ is selectively included in the vicinity of the first electrode on the low temperature side by adding ⁇ -cyclodextrin ( ⁇ -CD).
  • the Seebeck coefficient can be as high as about 2 mV / K, which is three times that before the addition.
  • Figure 4 is a Seebeck coefficient (Se), alpha-cyclodextrin added concentration ([ ⁇ -CD] 0) and I 3 - in the doping concentration ([I 3 -] 0) ratio ([ ⁇ -CD] 0 / [I 3 -] 0) is not relevant and inclusion of the I 3 - concentration and [alpha-CD] of 0 / [I 3 -] is a diagram showing the relationship between the 0. As shown in FIG. 4, after [ ⁇ -CD] 0 / [I 3 ⁇ ] 0 > 1, no inclusion is represented by a first electrode (dashed line) at 10 ° C. and a second electrode (solid line) at 40 ° C.
  • the solid line in FIG. 4 is the Seebeck coefficient (Se) obtained by simulation using the Nernst equation (5). It was shown that the Seebeck coefficient increased with the concentration difference of I 3 ⁇ .
  • thermochemical battery of the second embodiment of the present invention is the same as the thermochemical battery of the first embodiment, except that alkali ions such as potassium ions are further added.
  • alkali ions such as potassium ions
  • a higher Seebeck coefficient can be obtained.
  • K + potassium ion
  • near the first electrode resulting dark green precipitate K [( ⁇ -CD) 2 -I 5], 3 - further reduce the concentration of.
  • the amount of precipitation near the low temperature side first electrode is larger than the amount of precipitation near the high temperature side second electrode. Expanding the density difference - I 3 due to precipitation.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram showing that an inclusion compound of ⁇ -cyclodextrin and I 3 ⁇ further self-assembles with potassium ions in a system containing potassium ions.
  • FIG. 6 is a diagram showing the complex concentration in a solution of an ⁇ -cyclodextrin / I 3 ⁇ complex evaluated for absorbance at 353 nm. Cold side to ⁇ - cyclodextrin I 3 - in the complex self-assembles to reduce the concentration in the solution.
  • Table 2 shows data on the concentration of I 3 ⁇ with and without precipitation from FIG. 6 when the first electrode is 10 ° C. and the second electrode is 40 ° C.
  • thermochemical cells of the third and fourth embodiments of the present invention >> [Comparison of effects among ⁇ -CD, ⁇ -CD, and ⁇ -CD]
  • the thermochemical cells according to the third and fourth embodiments of the present invention are replaced by ⁇ -cyclodextrin ( ⁇ -CD) and ⁇ -cyclodextrin ( ⁇ -), respectively, instead of ⁇ -cyclodextrin ( ⁇ -CD). Except for using CD), it is the same as the thermochemical battery of the first embodiment.
  • ⁇ -cyclodextrin and ⁇ -cyclodextrin do not have the same binding constant as ⁇ -cyclodextrin, but have a certain temperature dependence.
  • a thermochemical cell having ⁇ -cyclodextrin and ⁇ -cyclodextrin cannot obtain a Seebeck coefficient (Se) as high as ⁇ -cyclodextrin. However, it shows a higher Seebeck coefficient (Se) than that without cyclodextrin.
  • alpha-cyclodextrin, beta-cyclodextrin, .gamma.-cyclodextrin and I 3 - and ion is Arrhenius plot of the binding constant for forming the inclusion compound.
  • alpha-as with cyclodextrin when added ⁇ - cyclodextrin ( ⁇ -CD), ⁇ - CD-I 3 - to form a clathrate compound, for example,
  • ⁇ -CD cyclodextrin
  • ⁇ -CD cyclodextrin
  • Se is 1.1 mV / K.
  • K + is further added, precipitation occurs and Se is 1.5 mV / K.
  • ⁇ -CD-I 3 - to form a clathrate.
  • Se is 0.92 mV / K.
  • precipitation does not occur even when K + is further added.
  • Se is 1.0 mV / K.
  • thermochemical battery of the fifth embodiment of the present invention is the same as the thermochemical battery of the first embodiment except that amylose (the main component of starch) is used instead of cyclodextrin. Similarly, the improvement effect of Seebeck coefficient was seen. Amylose, which is the main component of starch, takes in (captures) iodine as shown in FIG. Similarly, amylose (starch) has an effect of improving the Seebeck coefficient.
  • FIG. 9 is a graph showing changes in absorbance (observation wavelength: 552 nm) due to iodine-starch complexes. As the temperature increases, the concentration decreases, and as the temperature decreases, the concentration increases. In the thermochemical cell of the fifth embodiment of the present invention, the Seebeck coefficient is increased by the addition of starch as in the first embodiment.
  • thermoelectric sensor of the present invention is a device that senses a temperature difference between electrodes by using the thermoelectric conversion materials of the present invention described above. Since the thermoelectric conversion material of the present invention has a high Seebeck coefficient, it has high sensitivity as a temperature sensor.
  • thermoelectric conversion device comprising a first and a second platinum electrode using a thermoelectric conversion material containing the aforementioned ⁇ -cyclodextrin, an aqueous solution containing iodide ions, triiodide ions, and potassium ions.
  • the thermoelectric sensor which consists of is mentioned.
  • thermoelectric sensor In the case of such a thermoelectric sensor, a voltage of 2 mV can be generated even if the temperature difference between the first and second electrodes is only 1 ° C.
  • a sensor capable of recognizing a difference of about 0.000001 ° C. can be created by connecting a device for measuring a potential difference such as a highly accurate voltmeter. If such a temperature difference can be recognized, for example, heat transmitted from the body temperature of a person on the other side of the wall can heat one electrode to sense the person. Moreover, the weak infrared rays radiated from the heat source can be detected. Furthermore, when a material capable of generating heat by absorbing specific light such as ultraviolet rays is provided on one electrode side, it can be applied to a thermoelectric sensor that senses a slight amount of light.
  • Example 1 ⁇ Preparation of electrolyte> I 2 (317 mg, 1.25 mmol), KI (415 mg, 2.50 mmol) and water were placed in an H-type container having two test tubes as shown in FIG. 10, and [KI 3 ] 50 mM, [KI] A 50 mM solution was prepared. After adding 0.2 mmol of ⁇ -CD (25 mM) to 2.5 ml of the solution, the solution was diluted with an aqueous KI solution to obtain a solution of [KI 3 ] 2.5 mM, [KI] 10 mM, [ ⁇ -CD] 4 mM. It was.
  • ⁇ Battery configuration> A platinum wire was inserted into each of the first test tube and the second test tube containing an aqueous solution consisting of [KI 3 ] 2.5 mM, [KI] 10 mM, and [ ⁇ -CD] 4 mM.
  • Example 2 is the same as Example 1 except that HCl (0.1 M) is added.
  • FIG. 12 is a diagram showing the Seebeck coefficient (solid line) [mV / K] after addition of HCl. Similar to Example 1, from FIG. 12, the Seebeck coefficient (Se) increased from 0.56 mV / K without ⁇ -CD addition to 1.16 after addition. The comparison with Example 1 is also shown in FIG. The activity of I 3 ⁇ / I ⁇ was changed by adding HCl. Se decreased from 1.43 mV / K to 1.16 mV / K when ⁇ -CD was added, and decreased from 0.86 mV / K to 0.56 mV / K when ⁇ -CD was not added.
  • FIG. 14 is a diagram in which a change with time in the power density of a battery to which ⁇ -CD and an electrolyte ( ⁇ : HCl) are added is recorded.
  • Example 3 is the same as Example 1 except that KCl (0.2M) was added.
  • FIG. 15 is a diagram showing the Seebeck coefficient (solid line, mV / K) after the addition of KCl. As in Example 1, in FIG. 15, the Seebeck coefficient (Se) increased from 0.86 mV / K without addition of ⁇ -CD to 1.96 mV / K after addition. FIG. 15 also shows a comparison with Example 1. The activity of I 3 ⁇ / I ⁇ did not change with the addition of KCl. Se increased from 1.43 mV / K to 1.96 mV / K when ⁇ -CD was added, and remained unchanged at 0.86 mV / K when ⁇ -CD was not added.
  • Example 3 unlike Examples 1 and 2, dark green precipitate K [( ⁇ -CD) 2 -I 5 ] was observed. Precipitation formation is thought to be responsible for the increase in Seebeck coefficient.
  • Example 4 ⁇ Additional effect of ⁇ -CD, ⁇ -CD, ⁇ -CD, Di-O-Me- ⁇ -CD, Tri-O-Me- ⁇ -CD>
  • the thermochemical battery of Example 4 was replaced by ⁇ -cyclodextrin ( ⁇ -CD), ⁇ -cyclodextrin ( ⁇ -CD), hexakis- (2,6, respectively, instead of ⁇ -cyclodextrin ( ⁇ -CD).
  • thermochemical cell of Example 1 The same as the thermochemical cell of Example 1 except that - ⁇ -CD) is used.
  • 19A, 19B, and 19C are graphs showing the relationship between the Seebeck coefficient and the relative concentration of the host molecule.
  • the addition concentration of cyclodextrin ([CD] 0 ) is 0 to 5 mM
  • the addition concentration of triiodide ions [[ I 3 ⁇ ] 0 ) is 2.5 mM
  • iodide ion concentration ([I ⁇ ]) is 10 mM
  • potassium chloride concentration (([KCl]) is 0 and 200 mM.
  • Se is 1.1 mV / K.
  • K + is further added, precipitation occurs and Se is 1.5 mV / K.
  • ⁇ - cyclodextrin, ⁇ -CD-I 3 - to form inclusion compounds for example, in the case of 4mM of ⁇ - cyclodextrin, Se is 1.1 mV / K.
  • no precipitation occurs.
  • FIG. 19D is a graph showing the relationship between the Seebeck coefficient and the concentrations of the five types of host molecules.
  • the addition concentration of cyclodextrin ([CD] 0 ) is 0 to 8 mM
  • the addition concentration of triiodide ions [I 3 ⁇ ] 0 ) is 2.5 mM
  • the iodide ion concentration ([I ⁇ ]) is 10 mM.
  • Tri-O-Me- ⁇ -CD-I 3 - Hexakis - (2,3,6-tri -O- methyl)-.alpha.-If the cyclodextrin is added, Tri-O-Me- ⁇ -CD-I 3 - to form a clathrate compound, for example, 4 mM of Tri In the case of —O-Me- ⁇ -CD, Se is 1.85 mV / K.
  • FIG. 20 is a current density / power density-voltage curve without the addition of KCl.
  • Example 5 is the same as Example 1 except that starch with addition concentrations of 0, 30, and 60 mM (in terms of glu) in terms of glucose was added instead of cyclodextrin.
  • the Seebeck coefficient was evaluated, and the relationship between the open circuit voltage (Voc) and the temperature difference between the electrodes after addition of starch with addition concentrations of 0, 30, 60 mM (glu conversion) in terms of glucose was evaluated. Seebeck shown in FIG. The coefficient was obtained.
  • Figure 23 is a Seebeck coefficient, starch concentration (six in terms of glucose concentration, 6Gluose) and I 3 - is a diagram showing the relationship between - ([6gluose] / [I 3]) concentration ratio.
  • FIG. 24 is a diagram showing the change over time in the power density when 0.2 M of KCl is added in this example in which starch is added. For comparison, the change over time in the power density when 0.2 M of KCl in Example 3 to which ⁇ -cyclodextrin was added was also shown.
  • Example 6 In Example 6, the Seebeck coefficient was evaluated in the same manner as in Example 1 except that polyethylene glycol 4000 (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd., average molecular weight: 2,700 to 3,400) (PEG 4000) was added instead of cyclodextrin. It was.
  • Figure 26 is a graph showing the relationship between the concentration of the Seebeck coefficient and polyethylene glycol 3000 (in terms of monomer, mM monomer). As shown in FIG. 26, when the addition concentration was 10 mM in terms of monomer, the Seebeck coefficient was 1.35 mV / K.
  • Example 7 the Seebeck coefficient was evaluated in the same manner as in Example 1 except that polyvinylpyrrolidone (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd., molecular weight 40,000) (PVP) was added instead of cyclodextrin.
  • FIG. 27 is a diagram showing the relationship between the Seebeck coefficient and the concentration of polyvinyl pyrrolidone (monomer equivalent concentration, mM monomer ). When the addition concentration was 20 mM in terms of monomer, the Seebeck coefficient was 1.15 mV / K.
  • Example 8 uses ferrocene monocarboxylic acid (FeII) (manufactured by Sigma Aldrich) and its oxidant ferrocenium monocarboxylic acid (FeIII) instead of iodide ion and triiodide ion as a redox pair.
  • FeII ferrocene monocarboxylic acid
  • FeIII oxidant ferrocenium monocarboxylic acid
  • -The Seebeck coefficient was evaluated in the same manner as in Example 1 except that ⁇ -cyclodextrin was added instead of cyclodextrin. As shown in FIG.

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Abstract

ゼーベック係数を大幅に増加させる熱電変換材料とそれを有する熱電変換装置、熱化学電池及び熱電センサーを提供する。本発明の熱電変換材料は、レドックス対と、前記レドックス対の一方のみを選択的に、低温で捕捉し、かつ、高温で放出する捕捉化合物と、を有する。

Description

熱電変換材料とそれを有する熱電変換装置、熱化学電池及び熱電センサー
　本発明は、熱電変換材料とそれを有する熱電変換装置、熱化学電池及び熱電センサーに関する。
　本願は、２０１６年３月９日に、日本に出願された特願２０１６－０４６３０９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　廃熱などの微少なエネルギーを電力に変換するため、熱電変換材料が近年注目を集めている。中でもモバイル機器などへのエネルギー源として、薄くて効率の良い熱電変換材料に期待が集まっている。しかし、従来の合金系熱電変換材料には、熱伝導性が高く、ゼーベック係数（Ｓｅ）が低いという欠点があった。そこで、酸化還元可能なイオンの溶液を用いた熱電変換材料の一種である熱化学電池が、近年注目を集めている（非特許文献１）。
　従来の固体の熱電合金のゼーベック係数（Ｓｅ）が約０．２ｍＶ／Ｋであるのに対して、熱化学電池はゼーベック係数（Ｓｅ）が一桁大きい値を持ちながら、低コストで製造できることが期待されている。例えば、Ｉ－とＩ３ －からなる熱化学電池では、酸化還元平衡により形成される平衡電位が、高温と低温ではずれることにより電位を発生する。そのゼーベック係数は約６００μＶ／Ｋとなり、合金系熱電変換材料と比較して高いことが知られている。しかしながら、電解質の伝導性が低い問題があった。一層のゼーベック係数の向上が必要とされていた（非特許文献２）。
シーオドー・ジェー・エーブラハム（Ｔｈｅｏｄｏｒｅ　Ｊ．　Ａｂｒａｈａｍ）ら、「ハイ・シーベック・コーイフィッシエント・レドックス・アイオニック・リクィッド・イレクトロライツ・フォー・サーマル・エナジー・ハービスティング（Ｈｉｇｈ　Ｓｅｅｂｅｃｋ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｒｅｄｏｘ　ｉｏｎｉｃ　ｌｉｑｕｉｄ　ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｅｎｅｒｇｙ　ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ）」、エナジー・アンド・インバイオレンメンタル・サイエンス（Ｅｎｅｒｇｙ　＆　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ）、（英国）、２０１３年、第６巻、ｐ．２６３９－２６４５ シーオドー・ジェー・エーブラハム（Ｔｈｅｏｄｏｒｅ　Ｊ．　Ａｂｒａｈａｍ）ら、「シーベック・コーイフィッシェンツ・イン・アイオニック・リクィドズ－プロスペクツ・フォー・サーモー・イレクトロークミキル・セルズ（Ｓｅｅｂｅｃｋ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ　ｉｎ　ｉｏｎｉｃ　ｌｉｑｕｉｄｓ－ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅｒｍｏ－ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｅｌｌｓ）」、ケミッカル・コミューニケーションズ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）、（英国）、２０１１年、第４７巻、ｐ．６２６０－６２６２
　本発明は、上記のような問題を解決するため、ゼーベック係数を向上させる新たな手法として、レドックス対の一方のみを選択的に、低温で捕捉し、かつ、高温で放出することが可能な捕捉化合物に着目した。レドックス対がヨウ化物イオン（Ｉ－）と三ヨウ化物イオン（Ｉ３ －）である場合の具体的な例としては、ホスト－ゲスト化学に着目し、例えば、シクロデキストリンを電解液に加えることで、低温ではＩ３ －がシクロデキストリンに捕捉される一方、高温ではＩ３ －が放出されるため、酸化還元の平衡電位が大きくずれる。これによりゼーベック係数を向上させ、熱電変換効率を向上させた熱電変換材料を提供することを目的とする。
　レドックス対の一方のみを選択的に、低温で捕捉し、かつ、高温で放出する捕捉化合物を電解質に添加することにより、ゼーベック係数を従来の熱電変換材料より向上させることが可能であることを見出した。ヨウ化物イオンと三ヨウ化物イオンからなる熱化学電池の具体例の場合、三ヨウ化物イオンを低温で捕捉し、かつ、高温で放出するシクロデキストリンを添加することで、ゼーベック係数（Ｓｅ）を２ｍＶ／Ｋ程度まで向上させることが可能であることを見出した。
　本発明は以下の［１］～［１１］の通りである。
［１］　レドックス対と、
　前記レドックス対の一方のみを選択的に、低温で捕捉し、かつ、高温で放出する捕捉化合物と、を有することを特徴とする熱電変換材料。
［２］　前記捕捉化合物が環状化合物、らせん状化合物からなる群から選択された少なくとも１種以上であることを特徴とする［１］に記載の熱電変換材料。
［３］　前記捕捉化合物が低温において自己集合する分子であることを特徴とする［１］または［２］のいずれかに記載の熱電変換材料。
［４］　前記捕捉化合物が包接化合物を形成するホスト化合物であることを特徴とする［１］または［２］のいずれかに記載の熱電変換材料。
［５］　前記捕捉化合物が、シクロデキストリン、デンプン（アミロース）、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンオキシドからなる群から選択された１種以上であることを特徴とする［１］または［２］に記載の熱電変換材料。
［６］　前記レドックス対は、ヨウ化物イオンと三ヨウ化物イオン、フェロシアン化物イオンとフェリシアン化物イオン、コバルトトリスビピリジン（ＩＩ）とコバルトトリスビピリジン（ＩＩＩ）からなる群から選択された１対であることを特徴とする［１］～［５］のいずれか一項に記載の熱電変換材料。
［７］　前記捕捉化合物を低温において自己集合させる電解質を更に含むことを特徴とする［１］～［６］のいずれか一項に記載の熱電変換材料。
［８］　［１］～［７］のいずれか一項に記載の熱電変換材料と一対の電極と
を備える熱電変換装置。
［９］　前記一対の電極が異なる温度に設定されたことを特徴とする［８］に記載の熱電変換装置。
［１０］　［８］または［９］に記載の熱電変換装置を含むことを特徴とする熱化学電池。
［１１］　［８］または［９］に記載の熱電変換装置を含むことを特徴とする熱電センサー。
　本発明によれば、レドックス対の一方のみを選択的に、低温で捕捉し、かつ、高温で放出する捕捉化合物を電解質に添加することにより、ゼーベック係数を従来の熱電変換材料より向上させることが可能となる。特に、ヨウ化物イオンと三ヨウ化物イオンからなる熱化学電池にシクロデキストリンを添加することで、ゼーベック係数を２０００μＶ／Ｋ程度まで向上させることが可能となる。
本発明の熱電変換材料を備える熱電変換装置を示す概念図である。 α－シクロデキストリンによるＩ３ －を選択的に包接することを示す概念図である。 α－シクロデキストリン（α―ＣＤ）を添加することより、低温側第１電極付近にＩ３ －を選択的に包接することを示す概念図である。 ゼーベック係数（Ｓｅ）と、α―シクロデキストリンの添加濃度（［α―ＣＤ］０）とＩ３ －の添加濃度（［Ｉ３ －］０）の比（［α―ＣＤ］０／［Ｉ３ －］０）との関係を示す図である。 カリウムイオンを含む系において、α－シクロデキストリンとＩ３ －との包接化合物が更にカリウムイオンと自己集合することを示す概念図である。 錯体の３５３ｎｍの吸光度から評価した溶液中の錯体濃度を示す図である。 α－シクロデキストリン（α－ＣＤ）、β－シクロデキストリン（β－ＣＤ）、γ－シクロデキストリン（γ－ＣＤ）とＩ３ －イオンと包接化合物を形成する結合定数のアレニウスプロットである。 デンプンの主成分であるアミロースがヨウ素を取り込むことを示す概念図である。 ヨウ素－デンプン錯体による吸光度の変化（観測波長５５２ｎｍ）を示す図である。 Ｈ型容器を用いて作成した実施例１の熱化学電池を示す概念図である。 実施例１のゼーベック係数の評価のプロットである。 ＨＣｌ添加後のゼーベック係数（実線、ｍＶ／Ｋ）を示す図である。 Ｉ３ －包接による電力密度の増加（電解質：ＨＣｌ）を示す図である。 α－ＣＤと電解質を加えた電池の電力密度の経時変化を記録した図である。 ＫＣｌ添加後のゼーベック係数（実線、ｍＶ／Ｋ）を示す図である。 針状結晶の顕微鏡写真である。 Ｋ［（α－ＣＤ）２－Ｉ５］の結晶構造を示す図である。 Ｉ３ －包接による電力密度の増加（電解質：ＫＣｌ）を示す図である。 ゼーベック係数（Ｓｅ）と、α－ＣＤの濃度とＩ３ －濃度との比との関係を表す図です。濃度条件：［ＣＤ］＝０～５ｍＭ；［Ｉ３ －］＝２．５ｍＭ；［Ｉ－］＝１０ｍＭ；［ＫＣｌ］＝０、２００ｍＭ。 ゼーベック係数（Ｓｅ）と、β－ＣＤの濃度とＩ３ －濃度との比との関係を表す図です。濃度条件：［ＣＤ］＝０～５ｍＭ；［Ｉ３ －］＝２．５ｍＭ；［Ｉ－］＝１０ｍＭ；［ＫＣｌ］＝０、２００ｍＭ。 ゼーベック係数（Ｓｅ）と、γ－ＣＤの濃度とＩ３ －濃度との比との関係を表す図です。濃度条件：［ＣＤ］＝０～５ｍＭ；［Ｉ３ －］＝２．５ｍＭ；［Ｉ－］＝１０ｍＭ；［ＫＣｌ］＝０、２００ｍＭ。 ゼーベック係数（Ｓｅ）と、５種類のホスト分子の濃度との関係を表す図です。濃度条件：［ＣＤ］＝０～８ｍＭ；［Ｉ３ －］＝２．５ｍＭ；［Ｉ－］＝１０ｍＭ。 ＫＣｌ添加なしの電流密度／電力密度－電圧曲線である。 ＫＣｌ２００ｍＭ添加の電流密度／電力密度－電圧曲線である。 ゼーベック係数を評価する図である。 ゼーベック係数と、デンプン濃度（６個のグルコース換算）とＩ３ －濃度との比との関係を示す図である。 デンプン添加する実施例５におけるＫＣｌを０．２Ｍ加えた場合電力の経時変化を示す図である。 ゼーベック係数（Ｓｅ）と、ポリエチレングリコール３０００（ＰＥＧ３０００）の濃度（モノマー換算、ｍＭｍｏｎｏｍｅｒ）との関係を示す図である。 ゼーベック係数（Ｓｅ）と、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）の濃度（モノマー換算、ｍＭｍｏｎｏｍｅｒ）との関係を示す図である。 ゼーベック係数を評価する図である。
　＜熱電変換材料＞
　本発明の熱電変換材料は、レドックス対と、前記レドックス対の一方のみを選択的に、低温で捕捉し、かつ、高温で放出する捕捉化合物と、を有する。なお、本明細書において「熱電変換材料」とは、熱を電気に、または、電気を熱に直接変換する材料をいい、例えば、ゼーベック効果を利用するデバイス、ペルチェ効果を利用するデバイス、トムソン効果を利用するデバイス等において用いることができる材料を意味する。図１は、本発明の熱電変換材料を備える熱電変換装置を示す概念図である。
　前記捕捉化合物としては、前記レドックス対の一方のみを選択的に、低温で捕捉し、かつ、高温で放出する捕捉化合物であれば特に制限がないが、例えば、捕捉対象を化合物の中に閉じ込むことができる環状化合物、らせん状化合物等の高分子などが挙げられる。また、例えば、前記捕捉化合物が低温において自己集合してからなる集合体が前記レドックス対の一方のみを選択的に、低温で捕捉し、かつ、高温で放出することができれば、前記捕捉化合物が低温において自己集合する化合物であってもよい。その環状化合物は、例えばシクロデキストリンであり、そのらせん状化合物は、例えば、デンプンである。前記捕捉化合物がシクロデキストリン、デンプン、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンオキシド、ポリエチレングリコール等からなる群から選択された１種以上であることが好ましく、シクロデキストリンであることがより好ましい。
　前記レドックス対は、酸化剤活性種と還元剤活性種とからなる。酸化剤活性種から還元反応で還元剤活性種に還元し、あるいは、還元剤活性種から酸化反応で酸化剤活性種に酸化することができる。前記レドックス対は、ヨウ化物イオンと三ヨウ化物イオン等からなる群から選択された１対であることが好ましく、より好ましくはヨウ化物イオンと三ヨウ化物イオンである。
　本発明の熱電変換材料は、イオン性電解質を含み、このイオン性電解質がイオン液体であることが好ましく、水と有機溶媒とを含む水系溶媒または水であることがより好ましい。例えば、イオン性電解質が水系溶媒または水である場合、レドックス対が水系溶媒または水において酸化還元反応が起こし、かつ、前記捕捉化合物が、水系溶媒または水において、前記レドックス対の一方のみを選択的に、低温で捕捉し、かつ、高温で放出することを特徴とする。
　イオン性電解質がレドックス対以外のイオンを含んでもよい。例えば、イオン性電解質が水系溶媒または水である場合、アルカリイオンを含むことが好ましい。
　さらに、前記捕捉化合物を低温において自己集合させる電解質を含むことが好ましい。
　前記レドックス対がヨウ化物イオンと三ヨウ化物イオンである場合、捕捉化合物は三ヨウ化物イオンを捕捉することができるシクロデキストリンであることが好ましく、α―シクロデキストリンであることがより好ましい。イオン性電解質が水系溶媒または水であることが好ましい。水系溶媒または水が更にアルカリイオンを含むことが好ましい。
　＜熱電変換装置＞
　本発明の熱電変換装置は前述の熱電変換材料と一対の電極を有する。なお、「熱電変換装置」とは、熱電変換材料を利用したゼーベック素子やペルチェ素子等の熱エネルギーと電気エネルギーとを相互変換することができる熱電変換素子や、熱電変換材料を利用する公知の装置をすべて含む装置をいう。
　本発明の熱電変換装置は、例えば、レドックス対と、前記レドックス対の一方のみを選択的に、低温で捕捉し、かつ、高温で放出する捕捉化合物と、イオン性電解質と、第１電極と第２電極とを備え、かつ、前記電解質は、前記第１電極の少なくとも一部の表面及び第２電極の少なくとも一部の表面と物理的に接触している。
　＜＜捕捉化合物＞＞
　捕捉化合物が、前記レドックス対の一方のみを選択的に、低温で捕捉し、かつ、高温で放出する捕捉化合物であれば特に制限がないが、例えば、捕捉対象を化合物の中に閉じ込むことができる環状化合物、らせん状化合物等の高分子などが挙げられる。また、例えば、捕捉化合物は、捕捉対象を包接して包接化合物を形成するホスト化合物であることが好ましい。また、例えば、前記捕捉化合物が低温において自己集合してからなる集合体が前記レドックス対の一方のみを選択的に、低温で捕捉し、かつ、高温で放出することができれば、前記捕捉化合物が低温において自己集合する化合物であってもよい。その環状化合物は例えばシクロデキストリンであり、そのらせん状化合物は、例えば、デンプン、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンオキシドである。また、そのホスト化合物は、例えば、シクロデキストリン、デンプン、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンオキシドである。前記捕捉化合物がシクロデキストリン、デンプン、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンオキシド、ポリエチレングリコール等からなる群から選択された１種以上であることが好ましく、シクロデキストリンであることがより好ましい。
　シクロデキストリンとしては、例えば、α―シクロデキストリン（α－ＣＤ）、β－シクロデキストリン（β－ＣＤ）、γ－シクロデキストリン（γ－ＣＤ）、ヘキサキス‐（２，６－ジ－Ｏ－メチル）－α－シクロデキストリン（Ｄｉ－Ｏ－Ｍｅ－α－ＣＤ）、およびヘキサキス‐（２，３，６－トリ－Ｏ－メチル）－α－シクロデキストリン（Ｔｒｉ－Ｏ－Ｍｅ－α－ＣＤ）からなる群から選択された１つ又は２つ以上の化合物が挙げられる。α―シクロデキストリン（α－ＣＤ）、ヘキサキス‐（２，６－ジ－Ｏ－メチル）－α－シクロデキストリン（Ｄｉ－Ｏ－Ｍｅ－α－ＣＤ）、およびヘキサキス‐（２，３，６－トリ－Ｏ－メチル）－α－シクロデキストリン（Ｔｒｉ－Ｏ－Ｍｅ－α－ＣＤ）からなる群から選択された１つ又は２つ以上の化合物がより好ましい。
　＜＜レドックス対＞＞
　前記レドックス対は、酸化剤活性種と還元剤活性種とからなる。酸化剤活性種から還元反応で還元剤活性種に還元し、あるいは、還元剤活性種から酸化反応で酸化剤活性種に酸化することができる。前記レドックス対はヨウ化物イオンと三ヨウ化物イオン、フェロシアン化物イオンとフェリシアン化物イオン、コバルトトリスビピリジン（ＩＩ）とコバルトトリスビピリジン（ＩＩＩ）、フェロセンモノカルボン酸（ＦｅＩＩ）とフェロセニウムモノカルボン酸（ＦｅＩＩＩ）からなる群から選択された１対であることが好ましく、より好ましいはヨウ化物イオンと三ヨウ化物イオンである。
　＜＜イオン性電解質＞＞
　イオン性電解質は、イオン液体やイオン性固体であることが好ましく、水と有機溶媒とを含む水系溶媒または水であることがより好ましい。例えば、イオン性電解質が水系溶媒または水である場合、レドックス対が水系溶媒または水において酸化還元反応が起こり、かつ、前記捕捉化合物が、水系溶媒または水において、前記レドックス対の一方のみを選択的に、低温で捕捉し、かつ、高温で放出することを特徴とする。水系電解質が更にカリウムなどのアルカリイオンを含むことが好ましい。
　＜＜第１電極または第２電極＞＞
　前記電解質に接触している第１電極または第２電極の一部表面部分の材料としては、白金または炭素などの導電材料が挙げられるが、溶解電位が高く耐腐食性が優れた白金が好ましい。また、製造コストが低く表面積が大きい観点から黒鉛などの炭素が好ましい。
　＜＜第１の実施態様の熱電変換装置＞＞
　本発明の第１の実施態様の熱電変換装置としては、例えば、第１電極において、前記レドックス対の一方の還元剤が他方の酸化剤に変化する酸化反応が起こり、前記第２電極において、前記酸化剤が前記還元剤に変化する還元反応が起こる。第１電極と第２電極の間に温度差が存在し、その温度差に起因して電位差が生じ、前記第１電極と第２電極の間に熱起電力を発生するゼーベック素子などの発電装置が挙げられる。
　＜＜第２の実施態様の熱電変換装置＞＞
　本発明の第２の実施態様の熱電変換装置としては、例えば、第１電極において、前記レドックス対の一方の還元剤が他方の酸化剤に変化する酸化反応が起こり、前記第２電極において、前記酸化剤を前記還元剤に変化する還元反応が起る。前記第１電極と第２電極の間の電位差が存在し、その電位差に起因して温度差が生じ、前記第１電極と第２電極の間に熱の移動を生じるペルチェ素子などの冷却・加熱装置が挙げられる。
　＜＜第３の実施態様の熱電変換装置＞＞
　本発明の第３の実施態様の熱電変換装置としては、例えば、低温側の前記第１電極においてレドックス対の酸化反応が起こり、高温側の前記第２電極において前記レドックス対の還元反応が起こる。捕捉化合物が前記レドックス対の酸化剤活性種をトラップし、前記第１電極と第２電極の間に熱起電力を発生させるｎ－型のゼーベック素子が挙げられる。
　＜＜第４の実施態様の熱電変換装置＞＞
　本発明の第４の実施態様の熱電変換装置は、例えば、ヨウ化物イオンと三ヨウ化物イオンと、シクロデキストリンと、水または水系溶媒とを備え、かつ、低温側の第１電極と高温側の第２電極とを備える。水系電解質は、第１電極の少なくとも一部の表面及び第２電極の少なくとも一部の表面と物理的に接触し、少なくとも電解液と接触している電極表面部分の材料は白金または炭素などの導電材料である。この中でも溶解電位が高く耐腐食性が優れた白金が特に好ましい。また、製造コストが低く表面積が大きい観点から黒鉛などの炭素が好ましい。
　水系電解質としては、更にカリウムなどのアルカリイオンを含むことが好ましい。
　＜熱化学電池（ｔｈｅｒｍｏ－ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｅｌｌ）＞
　本発明の熱化学電池（ｔｈｅｒｍｏ－ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｅｌｌ）は、本発明の熱電変換材料を利用して、第１電極と第２電極間の温度差より、第１電極と第２電極において酸化還元反応が起こり、第１電極と第２電極間の電位差を生じるゼーベック素子を備える。
　ゼーベック素子は、下記の数式１で示すゼーベック系数（Ｓｅ）で評価する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 （式中、ΔＥが電極間の電位差であり、ΔＴが温度差である。）
　本発明の熱化学電池が備える熱電変換材料は、レドックス対と、前記レドックス対の一方のみを選択的に、低温で捕捉し、かつ、高温で放出する捕捉化合物とを含む。レドックス対の酸化剤活性種濃度（［Ｏｘ］）及び還元剤活性種濃度（［Ｒｅｄ］）と、電極温度（Ｔ）、標準電位（Ｅｆ）との関係から、第１電極または第２電極において、レドックス対の酸化還元電位（Ｅ）は、ネルンストの式である以下の数式（２）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 　式（２）で示す通り、レドックス対の酸化還元電位（Ｅ）は、標準電位（Ｅｆ）、温度、レドックス対の酸化剤活性種濃度（［Ｏｘ］）及び還元剤活性種濃度（［Ｒｅｄ］）に依存する。
　本発明は、レドックス対の一方のみを選択的に、低温で捕捉し、かつ、高温で放出する捕捉化合物とを含むことより、例えば、低温側の第１電極付近において、酸化反応で生じた酸化剤活性種を捕捉し、酸化剤活性種濃度（［Ｏｘ］）を減少させる。高温の第２電極付近において、還元反応の反応物である酸化剤活性種を放出し、酸化剤活性種濃度（［Ｏｘ］）を増加させる。その結果、第１電極付近と第２電極付近との酸化剤活性種濃度（［Ｏｘ］）差が生じ、捕捉化合物を含まない従来の温度差電池に比べて、濃度差を使って第１電極と第２電極との電位差を発生させる。
　＜＜第１実施態様の熱化学電池＞＞
　［シクロデキストリンの添加］
　本発明の第１実施態様の熱化学電池は、ヨウ化物イオンと三ヨウ化物イオンと、α－シクロデキストリンと、水または水系溶媒とを備え、かつ、低温側の第１電極と高温側の第２電極とを備える。
　［α－シクロデキストリンによるＩ３ －の包接］
　化学式（１）で表すα－シクロデキストリンによるＩ３ －の包接は、従来技術に開示されているように、親水的なＩ－より、疎水的なＩ３ －を選択的包接する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
　　図２は、低温側電極付近において、α－シクロデキストリンによるＩ３ －を選択的に包接することを示す概念図である。
　低温側の第１電極付近において、酸化反応（Ｉ－／Ｉ３ －）で生じた酸化剤活性種Ｉ３ －を捕捉し、酸化剤活性種濃度（［Ｉ３ －］）を減少させる。高温の第２電極付近において、還元反応（Ｉ３ －／Ｉ－）の反応物である酸化剤活性種を放出し、酸化剤活性種濃度（［Ｉ３ －］）を増加させる。その結果、第１電極付近と第２電極付近との酸化剤活性種濃度（［Ｉ３ －］）差が生じ、捕捉化合物を含まない従来の温度差電池に比べて、濃度差を使って第１電極と第２電極との電位差を増大する（数式３）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 　ネルンストの式である下記の数式（４）より、電位は濃度に依存するので、濃度差がある場合、電位差が増大する（図３に示す）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　図３は、α－シクロデキストリン（α―ＣＤ）を添加することより、低温側第１電極付近にＩ３ －を選択的に包接することを示す概念図である。
　その結果、α―シクロデキストリンの添加により、ゼーベック係数が、添加前の３倍の約２ｍＶ／Ｋという高い値を得ることができる。
［捕捉化合物の相対濃度とゼーベック係数］
　図４は、ゼーベック係数（Ｓｅ）と、α―シクロデキストリン添加濃度（［α―ＣＤ］０）とＩ３ －の添加濃度（［Ｉ３ －］０）の比（［α―ＣＤ］０／［Ｉ３ －］０）との関係及び包接されていないＩ３ －の濃度と［α―ＣＤ］０／［Ｉ３ －］０との関係を示す図である。図４に示すように、［α―ＣＤ］０／［Ｉ３ －］０＞１以後、１０℃の第１電極（破線）と４０℃の第２電極（実線）で表す包接されていないＩ３ －の濃度の差が大きくなる。
　等温滴定型カロリーメトリーより求めたα－ＣＤとＩ３ －の結合定数を下記表１に示す。温度が３０℃上昇した場合、α－ＣＤとＩ３ －の結合定数が１２％減少した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　図４の実線は、ネルンスト式である数式（５）でシミュレーションで求めたゼーベック係数（Ｓｅ）である。Ｉ３ －の濃度差により、ゼーベック係数の増加することが示された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　＜＜第２実施態様の熱化学電池＞＞
　［支持電解質のゼーベック係数への影響］　
　本発明の第２実施態様の熱化学電池は、カリウムイオンなどのアルカリイオンを更に添加すること以外は、第１実施態様の熱化学電池と同じである。アルカリイオンの添加により、更に高いゼーベック係数が得られる。
　例えば、カリウムイオン（Ｋ＋）を添加することによって、第１電極付近、暗緑色の沈殿Ｋ［（α－ＣＤ）２－Ｉ５］が生じ、Ｉ３ －の濃度をさらに減少させる。低温側第１電極付近の沈殿の量は、高温側第２電極付近の沈澱の量より多い。沈殿生成によるＩ３ －の濃度差を拡大する。その結果、ゼーベック係数が最大１．９６ｍＶ／Ｋに増加する。そのゼーベック係数が得られる理由には、以下の３つがある。（図５）
　〔１〕　低温において自己集合（沈殿生成）する。
　〔２〕　溶液中の錯体濃度が低くなる。
　〔３〕　低温におけるＩ３ －濃度がさらに低くなる。
　図５は、カリウムイオンを含む系において、α－シクロデキストリンとＩ３ －との包接化合物が更にカリウムイオンと自己集合することを示す概念図である。
　図６は、α－シクロデキストリンとＩ３ －の錯体の３５３ｎｍの吸光度評価した溶液中の錯体濃度を示す図である。低温側にα－シクロデキストリンとＩ３ －の錯体が自己集合し、溶液中の濃度が低減する。
　図６から第１電極が１０℃、第２電極が４０℃において、沈殿がある場合と沈殿がない場合のＩ３ －の濃度のデータを、表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
 　したがって、カリウムイオンを添加する場合にゼーベック係数が増加した理由は、沈殿の生成により、Ｉ３ －の濃度差が拡大されたことであると考えられる。
＜＜本発明の第３実施態様と第４実施態様の熱化学電池＞＞
［α－ＣＤ、β－ＣＤ、γ－ＣＤの間で効果を比較］
　本発明の第３実施態様と第４実施態様の熱化学電池は、α―シクロデキストリン（α－ＣＤ）の代わりに、それぞれ、β－シクロデキストリン（β－ＣＤ）、γ－シクロデキストリン（γ－ＣＤ）を用いること以外は、第１実施態様の熱化学電池と同じである。
　α－シクロデキストリン、β－シクロデキストリン、γ－シクロデキストリンとＩ３ －イオンと包接化合物を形成する結合定数のアレニウスプロットを、図７に示す。β－シクロデキストリンとγ－シクロデキストリンは、α―シクロデキストリンほどの結合定数がないが、一定の温度依存性がある。
　β－シクロデキストリン、γ－シクロデキストリンを有する熱化学電池は、α―シクロデキストリンほど高いゼーベック係数（Ｓｅ）が得られない。しかし、シクロデキストリンなしのものより、高いゼーベック係数（Ｓｅ）を示す。
　図７は、α－シクロデキストリン、β－シクロデキストリン、γ－シクロデキストリンとＩ３ －イオンとが包接化合物を形成する結合定数のアレニウスプロットである。
　図７に示すように、α－シクロデキストリン（α－ＣＤ）と同様に、β－シクロデキストリン（β－ＣＤ）を添加した場合、β－ＣＤ－Ｉ３ －包接化合物を形成し、例えば、４ｍＭのβ－シクロデキストリンの場合、Ｓｅが１．１ｍＶ／Ｋである。更にＫ＋を添加した場合、沈殿が生じ、Ｓｅが１．５ｍＶ／Ｋである。γ－シクロデキストリンを添加した場合、γ－ＣＤ－Ｉ３ －包接化合物を形成する。Ｓｅが０．９２ｍＶ／Ｋである。しかし、更にＫ＋を添加しても、沈殿が生じない。Ｓｅが１．０ｍＶ／Ｋである。
　＜＜本発明の第５実施態様の熱化学電池＞＞
　［捕捉化合物にデンプンを使う］
　本発明の第５実施態様の熱化学電池は、シクロデキストリンの代わりにアミロース（デンプンの主成分）を用いること以外は、第１実施態様の熱化学電池と同じである。同様にゼーベック係数の向上効果が見られた。
　デンプンの主成分であるアミロースは、図８に示すようにヨウ素を取り込む（捕捉する）。
　アミロース（デンプン）でも同様にゼーベック係数の向上効果が見られる。
　図９は、ヨウ素－デンプン錯体による吸光度の変化（観測波長５５２ｎｍ）を示す図である。温度が上がると、濃度が減少し、温度が下がると、濃度が増加する。
　本発明の第５実施態様の熱化学電池は、第１実施態様と同様にデンプンの添加によってゼーベック係数が増加する。
　＜熱電センサー＞
　本発明の熱電センサーは、前述の本発明の各熱電変換材料を利用して、電極間の温度差を感知する装置である。本発明の熱電変換材料は、ゼーベック係数が高いので、温度センサーとしての感度が高い。例えば、前述のα―シクロデキストリンと、ヨウ化物イオンと三ヨウ化物イオンと、カリウムイオンとを有する水溶液とを含む熱電変換材料を用いて、さらに第１及び第２白金電極とを備える熱電変換装置からなる熱電センサーが挙げられる。そのような熱電センサーの場合、第１と第２電極間の温度差が１℃だけでも２ｍＶの電圧を生じることができる。精度の良い電圧計等の電位差を測定する装置をつなぐことで、０．０００００１℃程度の違いを認識できるセンサーを作成できる。この程度の温度差を認識できれば、例えば、壁の向こう側にいる人の体温から伝わる熱が１方の電極を加熱し、人を感知することができる。また、熱源から輻射した微弱な赤外線を感知することができる。さらに、１方の電極側に例えば紫外線等の特定の光を吸収して発熱ができる材料が設けられる場合、わずかな光を感知する熱電センサーに応用することが可能である。
（実施例１）
＜電解液の調製＞
　図１０に示すような２つの試験管を有するＨ型容器に、Ｉ２（３１７ｍｇ、１．２５ｍｍｏｌ）とＫＩ（４１５ｍｇ、２．５０ｍｍｏｌ）と水とを入れ、［ＫＩ３］５０ｍＭ、［ＫＩ］５０ｍＭの溶液を調整した。その溶液２．５ｍｌに、α－ＣＤ（２５ｍＭ）０．２ｍｍｏｌを添加した後、ＫＩ水溶液で希釈し、［ＫＩ３］２．５ｍＭ、［ＫＩ］１０ｍＭ、［α－ＣＤ］４ｍＭの溶液を得た。Ｈ型の２つの試験管の第１試験管を氷浴に設置して第１電極付近の温度を１０℃に保持し、第２試験管を１０～５０℃で調整できる恒温槽に設置して第２電極付近の温度を１０～５０℃に調整した。
＜電池の構成＞
　［ＫＩ３］２．５ｍＭ、［ＫＩ］１０ｍＭ、［α－ＣＤ］４ｍＭからなる水溶液を含む第１試験管と第２試験管のそれぞれに白金線を挿入した。
＜Ｉ３ －の包接によるゼーベック係数の増加＞
　図１１に示す直線の傾きから、ゼーベック係数を求めた。α－シクロデキストリンを加えるとゼーベック係数が０．８６ｍＶ／Ｋから１．４３ｍ／Ｋに増加した。
（実施例２）
　実施例２は、ＨＣｌ（０．１Ｍ）を添加すること以外は、実施例１と同じである。図１２は、ＨＣｌ添加後のゼーベック係数（実線）［ｍＶ／Ｋ］を示す図である。実施例１と同様に、図１２からゼーベック系数（Ｓｅ）はα－ＣＤ未添加の０．５６ｍＶ／Ｋから添加後の１．１６に増加した。図１２に実施例１との対比も示した。ＨＣｌ添加により、Ｉ３ －／Ｉ－の活量が変化した。Ｓｅはα－ＣＤ添加の場合、１．４３ｍＶ／Ｋから１．１６ｍＶ／Ｋに減少し、α－ＣＤ未添加の場合、０．８６ｍＶ／Ｋから０．５６ｍＶ／Ｋに減少した。
＜包接による電力密度増加（電解質：ＨＣｌ）＞
　α－ＣＤの添加により、開放電圧（Ｖｏｃ）の増加と出力電力密度の増加が観測された。
　図１３がＩ３ －包接による電力密度の増加（電解質：ＨＣｌ）を示す図である。
　＜電力密度の経時変化（α－ＣＤあり）＞
　図１４はα－ＣＤと電解質（◇：ＨＣｌ）を加えた電池の電力密度の経時変化を記録した図である。
（実施例３）
　実施例３は、ＫＣｌ（０．２Ｍ）を添加したこと以外は、実施例１と同じである。図１５は、ＫＣｌ添加後のゼーベック係数（実線、ｍＶ／Ｋ）を示す図である。実施例１と同様に、図１５において、ゼーベック系数（Ｓｅ）は、α－ＣＤ未添加の０．８６ｍＶ／Ｋから添加後の１．９６ｍＶ／Ｋへと増加した。図１５に実施例１との対比も示した。ＫＣｌ添加により、Ｉ３ －／Ｉ－の活量が変化しなかった。Ｓｅはα－ＣＤ添加の場合、１．４３ｍＶ／Ｋから１．９６ｍＶ／Ｋに増加し、α－ＣＤ未添加の場合、０．８６ｍＶ／Ｋで変化しなかった。
　実施例３では、実施例１、２と異なり、暗緑色の沈殿Ｋ［（α－ＣＤ）２－Ｉ５］が観測された。沈殿の生成はゼーベック係数増加の原因であると考えられる。
　＜Ｋ［（α－ＣＤ）２－Ｉ５］の結晶構造＞
　暗緑色の沈殿物を同定するために、以下の水溶液を調整し、その沈殿物の構造を評価した。水溶液中の各イオン濃度を以下に示した。
　［Ｉ３ －］０＝［Ｉ－］０＝８ｍＭ、
　［α－ＣＤ］０＝４ｍＭ、
　［ＫＣｌ］＝８０ｍＭ
　上記溶液を２日静置して針状結晶（図１６）を得た。その結晶構造は、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ）を測定し、その解析結果を図１７に示す。
［包接による電力密度増加（電解質：ＫＣｌ）］
　図１８に示すように、α－ＣＤの添加により、開放電圧（Ｖｏｃ）の増加と出力電力密度の増加が観測された。
［電力密度の経時変化（α－ＣＤあり）］
　図１４は、α－ＣＤと電解質（○：ＫＣｌ）を加えた電池の電力密度の経時変化を記録した図である。
（実施例４）
＜α－ＣＤ、β－ＣＤ、γ－ＣＤ、Ｄｉ－Ｏ－Ｍｅ－α－ＣＤ、Ｔｒｉ－Ｏ－Ｍｅ－α－ＣＤの添加効果＞
　実施例４の熱化学電池は、α―シクロデキストリン（α－ＣＤ）の代わりに、それぞれ、β－シクロデキストリン（β－ＣＤ）、γ－シクロデキストリン（γ－ＣＤ）、ヘキサキス‐（２，６－ジ－Ｏ－メチル）－α－シクロデキストリン（Ｄｉ－Ｏ－Ｍｅ－α－ＣＤ）、ヘキサキス‐（２，３，６－トリ－Ｏ－メチル）－α－シクロデキストリン（Ｔｒｉ－Ｏ－Ｍｅ－α－ＣＤ）を用いること以外は、実施例１の熱化学電池と同じである。
　図１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃは、ゼーベック係数とホスト分子の相対濃度との関係を示す図である、シクロデキストリンの添加濃度（［ＣＤ］０）が０～５ｍＭ、三ヨウ化物イオンの添加濃度（［Ｉ３ －］０）が２．５ｍＭ、ヨウ化物イオンの濃度（［Ｉ－］）が１０ｍＭ、塩化カリウムの濃度（（［ＫＣｌ］）が０、２００ｍＭである。
　図１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃに示すように、α－シクロデキストリンと同様に、β－シクロデキストリンを添加した場合、β－ＣＤ－Ｉ３ －包接化合物を形成し、例えば、４ｍＭのβ－シクロデキストリンの場合、Ｓｅが１．１ｍＶ／Ｋである。更にＫ＋を添加した場合、沈殿が生じ、Ｓｅが１．５ｍＶ／Ｋである。γ－シクロデキストリンを添加した場合、γ－ＣＤ－Ｉ３ －包接化合物を形成し、例えば、４ｍＭのβ－シクロデキストリンの場合、Ｓｅが１．１ｍＶ／Ｋである。更にＫ＋を添加した場合、沈殿が生じない。
　図１９Ｄは、ゼーベック係数と５種類のホスト分子の濃度との関係を表す図である、シクロデキストリンの添加濃度（［ＣＤ］０）が０～８ｍＭ、三ヨウ化物イオンの添加濃度（［Ｉ３ －］０）が２．５ｍＭ、ヨウ化物イオンの濃度（［Ｉ－］）が１０ｍＭである。
　図１９Ｄに示すように、α－シクロデキストリンと同様に、β－シクロデキストリンを添加した場合、β－ＣＤ－Ｉ３ －包接化合物を形成し、例えば、４ｍＭのβ－シクロデキストリンの場合、Ｓｅが１．１ｍＶ／Ｋである。γ－シクロデキストリンを添加した場合、γ－ＣＤ－Ｉ３ －包接化合物を形成し、例えば、４ｍＭのγ－シクロデキストリンの場合、Ｓｅが０．８ｍＶ／Ｋである。ヘキサキス‐（２，６－ジ－Ｏ－メチル）－α－シクロデキストリンを添加した場合、Ｄｉ－Ｏ－Ｍｅ－α－ＣＤ－Ｉ３ －包接化合物を形成し、例えば、４ｍＭのヘキサキス‐（２，６－ジ－Ｏ－メチル）－α－シクロデキストリンの場合、Ｓｅが１．５ｍＶ／Ｋである。ヘキサキス‐（２，３，６－トリ－Ｏ－メチル）－α－シクロデキストリンを添加した場合、Ｔｒｉ－Ｏ－Ｍｅ－α－ＣＤ－Ｉ３ －包接化合物を形成し、例えば、４ｍＭのＴｒｉ－Ｏ－Ｍｅ－α－ＣＤの場合、Ｓｅが１．８５ｍＶ／Ｋである。
＜α－ＣＤ、β－ＣＤ、γ－ＣＤの間で電流密度／電力密度－電圧曲線の比較＞
　図２０は、ＫＣｌ添加なしの電流密度／電力密度－電圧曲線の図である。溶液の各イオンの濃度は以下である。
×：　［ＣＤ］＝０ｍＭ
　　［Ｉ３ －］＝２．５ｍＭ
　　［Ｉ－］＝１０ｍＭ
◇：γ－ＣＤ添加
△：β－ＣＤ添加
○：α－ＣＤ添加
実線：電力密度－電圧曲線
破線：電流密度－電圧曲線
　図２１は、ＫＣｌ２００ｍＭ添加の電流密度／電力密度－電圧曲線の図である。溶液の各イオンの濃度は以下である。
×：［ＣＤ］＝０ｍＭ
　　［Ｉ３ －］＝２．５ｍＭ
　　［Ｉ－］＝１０ｍＭ
　　［ＫＣｌ］＝２００ｍＭ
▽：［ＣＤ］＝０ｍＭ
　　［Ｉ３ －］＝５０ｍＭ
　　［Ｉ－］＝５０ｍＭ
△：×にβ－ＣＤ添加
○：×にα－ＣＤ添加
実線：電力密度－電圧曲線
破線：電流密度－電圧曲線
　上記の結果から、α体に比べて空孔が大きなβ－ＣＤおよびγ－ＣＤ　をホスト分子に用いた場合も、それぞれのＩ３ －との結合定数を反映したゼーベック係数の変化を示した。
（実施例５）
　実施例５はシクロデキストリンの代わりに添加濃度がグルコース換算で０、３０、６０ｍＭ（ｇｌｕ換算）のデンプンを添加した以外は、実施例１と同様である。ゼーベック係数の評価を行い、添加濃度がグルコース換算で０、３０、６０ｍＭ（ｇｌｕ換算）のデンプンを添加後開放電圧（Ｖｏｃ）と電極間の温度差との関係を評価し、図２２に示すゼーベック係数を求めた。
　図２３はゼーベック係数と、デンプン濃度（６個グルコース換算濃度、６ｇｌｕｏｓｅ）とＩ３ －濃度の比（［６ｇｌｕｏｓｅ］／［Ｉ３ －］）との関係を示す図である。
＜電力密度の経時変化（デンプン）＞
　図２４は、デンプン添加する本実施例におけるＫＣｌを０．２Ｍ加えた場合の電力密度の経時変化を示す図である。対比するために、α―シクロデキストリンを添加した実施例３におけるＫＣｌを０．２Ｍ加えた場合の電力密度の経時変化も併記した。
（実施例６）
　実施例６はシクロデキストリンの代わりにポリエチレングリコール４０００（キシダ化学株式会社製、平均分子量は２，７００～３，４００）（ＰＥＧ４０００）添加した以外に、実施例１と同様にゼーベック係数の評価を行った。図２６はゼーベック係数とポリエチレングリコール３０００の濃度（モノマー換算、ｍＭｍｏｎｏｍｅｒ）との関係を示す図である。図２６に示すように添加濃度がモノマー換算で１０ｍＭである場合、ゼーベック係数が１．３５ｍＶ／Ｋであった。
（実施例７）
　実施例７はシクロデキストリンの代わりにポリビニルピロリドン（キシダ化学株式会社製、分子量４０，０００）（ＰＶＰ）添加した以外に、実施例１と同様にゼーベック係数の評価を行った。図２７はゼーベック係数とポリビニルピロリドンの濃度（モノマー換算濃度、ｍＭｍｏｎｏｍｅｒ）との関係を示す図である。添加濃度がモノマー換算で２０ｍＭである場合、ゼーベック係数が１．１５ｍＶ／Ｋであった。
（実施例８）
　実施例８はレドックス対としてヨウ化物イオンと三ヨウ化物イオンの代わりにフェロセンモノカルボン酸（ＦｅＩＩ）（シグマアルドリッチ社製）とその酸化体であるフェロセニウムモノカルボン酸（ＦｅＩＩＩ）を用い、α―シクロデキストリンの代わりにβ―シクロデキストリンを添加した以外に、実施例１と同様にゼーベック係数の評価を行った。図２７に示すように、β―シクロデキストリンなしおよびβ―シクロデキストリンを２．０ｍＭ添加した開放電圧（Ｖｏｃ）と電極間の温度差（ΔＴ）との関係を評価し、それぞれのゼーベック係数が－０．９８と－１．２０ｍＶ／Ｋであった。β―シクロデキストリンが還元体のフェロセンモノカルボン酸（ＦｅＩＩ）を選択的に補足することが確認された。

Claims (11)

  1. 　レドックス対と、
    　前記レドックス対の一方のみを選択的に、低温で捕捉し、かつ、高温で放出する捕捉化合物と、を有することを特徴とする熱電変換材料。
  2. 　前記捕捉化合物が環状化合物、らせん状化合物からなる群から選択された少なくとも１種以上であることを特徴とする請求項１に記載の熱電変換材料。
  3. 　前記捕捉化合物が低温において自己集合する分子であることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の熱電変換材料。
  4. 　前記捕捉化合物が包接化合物を形成するホスト化合物であることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の熱電変換材料。
  5. 　前記捕捉化合物が、シクロデキストリン、デンプン、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンオキシドからなる群から選択された１種以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の熱電変換材料。
  6. 　前記レドックス対は、ヨウ化物イオンと三ヨウ化物イオン、フェロシアン化物イオンとフェリシアン化物イオン、コバルトトリスビピリジン（ＩＩ）とコバルトトリスビピリジン（ＩＩＩ）からなる群から選択された１対であることを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の熱電変換材料。
  7. 　前記捕捉化合物を低温において自己集合させる電解質を更に含むことを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載の熱電変換材料。
  8. 　請求項１～７のいずれか一項に記載の熱電変換材料と一対の電極と
    　を備える熱電変換装置。
  9. 　前記一対の電極が異なる温度に設定されたことを特徴とする請求項８に記載の熱電変換装置。
  10. 　　請求項８または９に記載の熱電変換装置を含むことを特徴とする熱化学電池。
  11. 　請求項８または９に記載の熱電変換装置を含むことを特徴とする熱電センサー。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020106385A (ja) * 2018-12-27 2020-07-09 国立大学法人東北大学 温度センサ及びその製造方法
WO2021235526A1 (ja) * 2020-05-21 2021-11-25 デンカ株式会社 熱電変換用ｎ型材料及びその製造方法、ドーパント並びに熱電変換素子
CN114204061A (zh) * 2021-11-19 2022-03-18 华中科技大学 一种热化学电池及器件

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112713233B (zh) * 2019-10-25 2023-09-26 南方科技大学 准固态离子型热电转换材料、热电转换器件及其应用
ES2934182B2 (es) * 2021-07-20 2023-12-11 Univ Jaume I Dispositivo termoelectrico influenciado por especies redox

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003229605A (ja) * 2001-11-29 2003-08-15 Sk Kaken Co Ltd 熱電変換材料及びその製造方法
JP2004235011A (ja) * 2003-01-30 2004-08-19 Mitsubishi Paper Mills Ltd ヨウ素−シクロデキストリン包接化物用いた電解液、並びにそれを用いた光電変換素子
JP2005071895A (ja) * 2003-08-27 2005-03-17 Toyo Ink Mfg Co Ltd 色素増感型光電変換素子用電解質組成物、それを用いた光電変換素子。
JP2006216252A (ja) * 2005-02-01 2006-08-17 Fujitsu Ltd 光電池及び光電変換方法
WO2006123785A1 (ja) * 2005-05-19 2006-11-23 Nippoh Chemicals Co., Ltd. 電解質組成物
WO2015164907A1 (en) * 2014-05-01 2015-11-05 Monash University Thermo-electrochemical cell and method of use

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5310608A (en) * 1992-10-21 1994-05-10 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Temperature difference storage battery
US20060225782A1 (en) * 2005-03-21 2006-10-12 Howard Berke Photovoltaic cells having a thermoelectric material
TW200737531A (en) 2005-07-07 2007-10-01 Nippon Kayaku Kk Sealing agent for photoelectric conversion element and photo electric conversion element using the same
BRPI0919906A2 (pt) * 2008-10-29 2016-02-16 Fujifilm Corp corante, elemento de conversão fotoelétrico e célula fotoeletroquímica cada uma compreendendo o corante e o processo para produzir corante.
US20110048525A1 (en) * 2008-11-26 2011-03-03 Sony Corporation Functional device and method for producing the same

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003229605A (ja) * 2001-11-29 2003-08-15 Sk Kaken Co Ltd 熱電変換材料及びその製造方法
JP2004235011A (ja) * 2003-01-30 2004-08-19 Mitsubishi Paper Mills Ltd ヨウ素−シクロデキストリン包接化物用いた電解液、並びにそれを用いた光電変換素子
JP2005071895A (ja) * 2003-08-27 2005-03-17 Toyo Ink Mfg Co Ltd 色素増感型光電変換素子用電解質組成物、それを用いた光電変換素子。
JP2006216252A (ja) * 2005-02-01 2006-08-17 Fujitsu Ltd 光電池及び光電変換方法
WO2006123785A1 (ja) * 2005-05-19 2006-11-23 Nippoh Chemicals Co., Ltd. 電解質組成物
WO2015164907A1 (en) * 2014-05-01 2015-11-05 Monash University Thermo-electrochemical cell and method of use

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HASSAN A.H. ET AL.: "Combining thermogalvanic corrosion and thermogalvanic redox couples for improved electrochemical waste heat harvesting", ELECTROCHEMISTRY COMMUNICATIONS, vol. 58, 18 June 2015 (2015-06-18), pages 76 - 79, XP029247692 *
See also references of EP3428984A4 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020106385A (ja) * 2018-12-27 2020-07-09 国立大学法人東北大学 温度センサ及びその製造方法
JP7164177B2 (ja) 2018-12-27 2022-11-01 国立大学法人東北大学 温度センサ及びその製造方法
WO2021235526A1 (ja) * 2020-05-21 2021-11-25 デンカ株式会社 熱電変換用ｎ型材料及びその製造方法、ドーパント並びに熱電変換素子
CN114204061A (zh) * 2021-11-19 2022-03-18 华中科技大学 一种热化学电池及器件
CN114204061B (zh) * 2021-11-19 2024-05-17 华中科技大学 一种热化学电池及器件

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