WO2023038110A1 - 発電システム - Google Patents

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WO2023038110A1
WO2023038110A1 PCT/JP2022/033838 JP2022033838W WO2023038110A1 WO 2023038110 A1 WO2023038110 A1 WO 2023038110A1 JP 2022033838 W JP2022033838 W JP 2022033838W WO 2023038110 A1 WO2023038110 A1 WO 2023038110A1
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WO
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thermoelectric element
power generation
secondary battery
electrodes
fine particles
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PCT/JP2022/033838
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English (en)
French (fr)
Inventor
博史 後藤
稔 坂田
拓夫 安田
ラーシュ マティアス アンダーソン
誠司 岡田
貴宏 中村
Original Assignee
株式会社Ｇｃｅインスティチュート
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.)
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/46—Accumulators structurally combined with charging apparatus
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N11/00—Generators or motors not provided for elsewhere; Alleged perpetua mobilia obtained by electric or magnetic means
    • 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
    • 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
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • This invention relates to a power generation system using thermoelectric elements.
  • thermoelectric chargers such as those disclosed in Patent Document 1 have been proposed.
  • thermoelectric charger disclosed in Patent Document 1 includes a thermoelectric element in which a thermoelectric semiconductor is embedded in a ceramic substrate, electrodes are fixed to the thermoelectric semiconductor, and a second electrode provided on one side of the thermoelectric element. 1 heat exchange section, a second heat exchange section provided on the other side of the thermoelectric element, and means for extracting the output of the thermoelectric element to the outside.
  • thermoelectric element in addition to the thermoelectric element using the Seebeck effect as in Patent Document 1, for example, as in Patent Document 2, a power generation element that does not require a temperature difference between electrodes has been developed.
  • thermoelectric element disclosed in Patent Document 2 is a power generation element that converts thermal energy into electrical energy, and is provided with a first electrode facing the first electrode and having a higher potential than the first electrode. and an intermediate portion provided between said first electrode and said second electrode and containing a solvent in which nanoparticles are dispersed.
  • JP-A-11-284235 Japanese Patent No. 6942404
  • thermoelectric element utilizing the Seebeck effect disclosed in Patent Document 1 it is premised on having a configuration that creates a temperature difference between the electrodes. In particular, it is necessary to maintain the temperature difference between the electrodes for a long time in order to continuously and stably generate power using the thermoelectric element.
  • Patent Document 1 assumes that a temperature difference is generated between the electrodes using metal, liquid, or the like. That is, since power generation is assumed under conditions in which the temperature difference between the electrodes is likely to change, it may lead to unstable power generation. Therefore, when the secondary battery is charged based on the power generated by the power generation element, there is a possibility that an unexpected problem such as an overcharged state may occur, and early deterioration of the secondary battery is a concern.
  • thermoelectric element disclosed in Patent Document 2 does not need to generate a temperature difference between electrodes. However, if the heat transferred to the thermoelectric element fluctuates over time, it may lead to unstable power generation. For this reason, it may lead to early deterioration of the secondary battery, as in the case of the thermoelectric element. This point is neither described nor suggested in Patent Document 2.
  • the present invention has been devised in view of the above-described problems, and its object is to provide a power generation system capable of suppressing early deterioration of secondary batteries.
  • a power generation system is a power generation system using thermoelectric elements, which includes a pair of electrodes having work functions different from each other, and does not require a temperature difference between the electrodes, and the thermoelectric elements. It is characterized by comprising a secondary battery that is charged based on power generation, and a control section that controls charging conditions of the secondary battery that is charged via the thermoelectric element.
  • thermoelectric element includes an intermediate portion provided between the pair of electrodes and including a non-conductor layer containing fine particles, wherein the non-conductor layer includes the It is characterized by supporting a pair of electrodes.
  • a power generation system is characterized in that, in the first invention or the second invention, the pair of electrodes are sandwiched between heat mediums exhibiting a temperature higher than the outside air.
  • a power generation system is the power generation system according to any one of the first to third inventions, wherein the secondary battery is electrically connected to the drive section, and the thermoelectric element is electrically separated from the drive section. It is characterized by
  • a power generation system is the power generation system according to any one of the first to third aspects of the invention, wherein the secondary battery and the thermoelectric element are electrically connected to a drive unit, and the control unit comprises the secondary battery and It is characterized by controlling conditions of electric power supplied from the secondary battery to the drive unit.
  • thermoelectric element includes a plurality of elements independently electrically connected to the secondary battery
  • control unit is characterized by controlling an electrical connection relationship between the secondary battery and the plurality of elements as the charging condition.
  • the controller controls charging conditions for the secondary battery that is charged via the thermoelectric element. Therefore, the charging condition can be controlled based on the charge/discharge state of the secondary battery and the power generation state of the thermoelectric element. This makes it possible to suppress early deterioration of the secondary battery.
  • the intermediate portion includes a non-conductor layer containing fine particles. That is, the non-conductor layer suppresses movement of the fine particles between the electrodes. For this reason, it is possible to prevent the fine particles from becoming unevenly distributed on one electrode side over time and reducing the amount of movement of electrons. This makes it possible to stabilize the power generation amount.
  • the non-conductor layer supports the pair of electrodes. Therefore, compared to the case where a solvent or the like is used instead of the non-conductive layer, there is no need to provide a support portion or the like for maintaining the distance (gap) between the electrodes, and the gap resulting from the formation accuracy of the support portion is eliminated. Distortion can be removed. This makes it possible to suppress variations in the amount of power generation.
  • the pair of electrodes are sandwiched between heat mediums exhibiting a temperature higher than the outside air. Therefore, variations in heat transferred to each electrode are suppressed, and variations in temperature difference between the electrodes can be made less likely to occur. This makes it possible to achieve stable power generation.
  • the secondary battery is electrically connected to the driving section, and the thermoelectric element is electrically separated from the driving section. Therefore, the power generation system can be used without changing the conventional connection relationship between the secondary battery and the drive unit. This makes it possible to improve the convenience of the power generation system.
  • control section controls the conditions of power supplied from the secondary battery to the driving section. Therefore, it is possible to control the electric power supplied from the secondary battery in accordance with variations in power generation of the thermoelectric elements. This makes it possible to achieve stable power supply.
  • the control unit controls the electrical connection relationship between the secondary battery and the plurality of elements as the charging condition. Therefore, it is possible to avoid charging conditions that impose a load on the secondary battery, and to perform charging suitable for the state of the secondary battery. This makes it possible to further suppress early deterioration of the secondary battery.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a secondary battery with a power generation function according to an embodiment.
  • FIG. 2(a) is a schematic diagram showing a first modification of the secondary battery with power generation function in the embodiment
  • FIG. 2(b) is a diagram showing a third modification of the secondary battery with power generation function in the embodiment.
  • FIGS. 3A and 3B are schematic diagrams showing a fourth modification of the secondary battery with power generation function according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing an example of the power generation system in the embodiment.
  • FIG. 5(a) is a schematic cross-sectional view showing an example of a thermoelectric element in the embodiment
  • FIG. 5(b) is a schematic cross-sectional view along AA in FIG.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing an example of the intermediate portion.
  • FIG. 7A is a schematic cross-sectional view showing a first modification of the thermoelectric element according to the embodiment
  • FIG. 7B is a schematic cross-sectional view showing a second modification of the thermoelectric element according to the embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a first modification of the intermediate portion.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a second modification of the intermediate portion.
  • the height direction in which each electrode of the thermoelectric element is laminated is defined as a first direction Z
  • one plane direction that intersects, for example, is orthogonal to the first direction Z is defined as a second direction X
  • the first direction Z A third direction Y is another plane direction that intersects, for example, is orthogonal to each of the second direction X and the second direction X.
  • the configuration in each drawing is schematically described for explanation, and for example, the size of each configuration and the comparison of the size of each configuration may differ from those in the drawings.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a secondary battery 100 with a power generation function according to this embodiment.
  • the secondary battery 100 with power generation function is electrically connected to known devices that require a power supply, such as electronic devices, electric vehicles, self-contained sensor terminals, and the like.
  • the secondary battery 100 with power generation function may also be used, for example, as an auxiliary power source.
  • a secondary battery 100 with power generation function includes a thermoelectric element 1 and a secondary battery 2 .
  • the thermoelectric element 1 converts thermal energy into electrical energy.
  • the secondary battery 2 is electrically connected to the thermoelectric element 1, and is electrically connected to, for example, a driving unit or the like that is driven by power supply.
  • the driving section indicates a known driving device such as an arithmetic processing unit such as a CPU (Central Processing Unit) or a motor.
  • the thermoelectric element 1 includes a pair of electrodes 11 and 12 having work functions different from each other. In this case, when converting thermal energy into electrical energy, a temperature difference between the electrodes becomes unnecessary.
  • the thermoelectric element 1 has a first surface 1f and a second surface 1s that intersect with the first direction Z, the first electrode 11 is provided on the first surface 1f side, and the second electrode 12 is provided on the second surface 1s. provided on the side. Between the first electrode 11 and the first surface 1f, and between the second electrode 12 and the second surface 1s, a member such as a substrate or a housing may be provided, or a cavity may be provided. good.
  • the thermoelectric element 1 may have the surface of the first electrode 11 as the first surface 1f and the surface of the second electrode 12 as the second surface 1s.
  • thermoelectric element 1 is in contact with the heat medium 3 having a temperature higher than the outside air. Therefore, it is possible to suppress fluctuations in the heat transferred to the thermoelectric element 1 over time. This makes it possible to achieve stable power generation. Therefore, it is possible to suppress early deterioration of the secondary battery 2, for example.
  • the first surface 1f and the second surface 1s of the thermoelectric element 1 are in contact with the heat medium 3, and at least one of the first surface 1f, the second surface 1s, and the side surface is It may be in contact with the heat medium 3 .
  • the pair of electrodes 11 and 12 may be sandwiched between the heat mediums 3.
  • fluctuations in heat transferred to the thermoelectric element 1 over time can be further suppressed.
  • variations in the heat transferred to the electrodes 11 and 12 are suppressed, making it difficult for variations in temperature difference to occur between the electrodes 11 and 12 .
  • the entire thermoelectric element 1 may be sandwiched between the heat mediums 3, or at least a portion of the thermoelectric element 1 may be sandwiched between the heat mediums 3.
  • the pair of electrodes 11, 12, etc. being “sandwiched” by the heat medium 3 indicates a state in which the pair of electrodes 11, 12, etc. are in contact with the heat medium 3, and may also indicate a state in which they are separated from each other.
  • the pair of electrodes 11 and 12 are sandwiched between the first heat medium 3f and the second heat medium 3s, for example, along the first direction Z in which the main surfaces face each other.
  • the pair of electrodes 11 and 12 may be sandwiched between the first heat medium 3f and the second heat medium 3s, for example, along the second direction X or the third direction Y parallel to the main surface.
  • thermal energy can be continuously supplied to the electrodes 11 and 12 from the heat mediums 3f and 3s.
  • the thermoelectric element 1 that does not require a temperature difference between the electrodes, there is no need to consider the degree of thermal energy supplied from each heat medium 3f, 3s, and it is easy to realize continuous and stable power generation. It becomes possible to Details of the thermoelectric element 1 will be described later.
  • the secondary battery 2 indicates a known chargeable/dischargeable battery such as a lithium ion secondary battery.
  • the secondary battery 2 can be charged based on electric power generated by the thermoelectric element 1, for example.
  • the type, performance, etc. of the secondary battery 2 can be arbitrarily selected according to the application.
  • the heat medium 3 may be any structure as long as it exhibits a temperature higher than the outside air, and may be, for example, a heat source that generates thermal energy.
  • the heat medium 3 includes the first heat medium 3f and the second heat medium 3s provided separately, and may also include the first heat medium 3f and the second heat medium 3s provided integrally, for example.
  • heat sources include electronic components of electronic devices such as CPUs, light-emitting elements such as LEDs (Light Emitting Diodes), engines of automobiles, production equipment in factories, human bodies, sunlight, and environmental temperature.
  • Examples of the heat medium 3 include, in addition to the heat sources described above, structures capable of storing heat, such as housings of electronic devices, exhaust heat pipes, glass and frames of solar panels, and car bodies.
  • the secondary battery 100 with power generation function includes a charging circuit 5, as shown in FIG. 4, for example.
  • a charging circuit 5 for example, a known circuit that is used when charging the secondary battery 2 using energy generation such as the thermoelectric element 1 is used.
  • the charging circuit 5 includes a rectifying circuit 51, a smoothing circuit 52, and a voltage limiter 53, for example.
  • the charging circuit 5 may include, for example, a boost circuit.
  • the rectifier circuit 51 is used, for example, when the polarity of the voltage output from the thermoelectric element 1 changes.
  • the smoothing circuit 52 is used, for example, when smoothing the DC voltage output from the thermoelectric element 1 or the rectifier circuit 51 .
  • the voltage limiter 53 is used, for example, to prevent excessive voltage from being applied to the secondary battery 2 .
  • the heat medium 3 may include the housing portion 21 of the secondary battery 2 .
  • the thermoelectric element 1 may be provided in contact with the casing 21, as shown in FIG. That is, the pair of electrodes 11 and 12 are sandwiched between the arbitrary first heat medium 3f and the housing portion 21 corresponding to the second heat medium 3s. Therefore, thermal energy generated from the secondary battery 2 can be converted into electrical energy via the thermoelectric element 1 . This makes it possible to increase the amount of power generation. In addition, exhaust heat generated with the use of the secondary battery 2 can be effectively used.
  • thermoelectric elements 1 the temperature of the housing 21 increases as the secondary battery 2 is charged and discharged, and the temperature of the housing 21 tends to be continuously higher than that of the outside air. Therefore, by using the housing portion 21 as the heat medium 3, it is possible to stably supply thermal energy to the thermoelectric elements 1.
  • FIG. 1 the housing portion 21 as the heat medium 3, it is possible to stably supply thermal energy to the thermoelectric elements 1.
  • the housing part 21 a known secondary battery housing is used, for example, a material with high thermal conductivity is used.
  • the container 31 contains the electrodes and the active material of the secondary battery 2, and may contain, for example, arbitrary electronic members, sealing materials, and the like.
  • thermoelectric element 1 may be provided between a pair of secondary batteries 2, for example. That is, the pair of electrodes 11 and 12 are connected to the housing portion 21 of one secondary battery 2 corresponding to the first heat medium 3f and the housing portion 21 of the other secondary battery 2 corresponding to the second heat medium 3s. may be sandwiched between Also in this case, thermal energy generated from the secondary battery 2 can be converted into electrical energy via the thermoelectric element 1 . This makes it possible to increase the amount of power generation.
  • the heat medium 3 may include a heat storage unit that stores heat energy.
  • the thermoelectric element 1 is provided in contact between the heat storage section and the housing section 21 . That is, the pair of electrodes 11 and 12 are sandwiched between the heat storage portion corresponding to the first heat medium 3f and the housing portion 21 corresponding to the second heat medium 3s. Therefore, it is possible to easily suppress the temporal change in the amount of thermal energy supplied to the thermoelectric element 1 . This makes it possible to further stabilize the power generation amount.
  • the heat storage unit has, for example, a known sensible heat storage material that utilizes the specific heat of a substance.
  • a known sensible heat storage material for example, airgel, bricks, etc. are used. Airgel has nano-sized porosity smaller than the mean free path of air molecules, and is made of silica, carbon, alumina, or the like.
  • the sensible heat storage material for example, a material exhibiting a specific heat higher than that of glass (for example, 0.67 J/g ⁇ K at 10 to 50° C.) is used.
  • the value of specific heat in addition to referring to literature values, measurement results according to JIS K 7123 may be used.
  • the heat storage unit may have a latent heat storage material that utilizes transition heat (latent heat) associated with phase change or transition of substances, for example.
  • latent heat a known material utilizing phase change such as water or sodium chloride is used.
  • the heat storage unit may have, for example, a chemical heat storage material that utilizes endothermic heat generated during a chemical reaction.
  • a known material is used as the chemical heat storage material.
  • thermoelectric element 1 may be provided between and in contact with a pair of heat storage units. That is, the pair of electrodes 11 and 12 may be sandwiched between one heat storage portion corresponding to the first heat medium 3f and the other heat storage portion corresponding to the second heat medium 3s. Also in this case, it is possible to easily suppress the temporal change in the amount of thermal energy supplied to the thermoelectric element 1 . This makes it possible to further stabilize the power generation amount.
  • thermoelectric element 1 may be provided while being included in the heat storage unit. Also in this case, it is possible to easily suppress the temporal change in the amount of thermal energy supplied to the thermoelectric element 1 . This makes it possible to further stabilize the power generation amount. In particular, the temperature difference is less likely to occur in the region where the thermoelectric element 1 is included in the heat storage section. Therefore, it is difficult for a temperature difference to occur between the electrodes 11 and 12, and it is possible to suppress variation in power generation due to a temperature difference between the electrodes.
  • the heat medium 3 may include a container 31 in which the thermoelectric element 1 and the secondary battery 2 are installed.
  • the thermoelectric element 1 contacts the inner wall of the container 31 . That is, the pair of electrodes 11 and 12 are sandwiched between the inner walls of the container 31 corresponding to the heat medium 3 . Therefore, the thermal energy transmitted to the container 31 can be converted into electrical energy via the thermoelectric element 1 . This makes it possible to increase the amount of power generation.
  • thermoelectric element 1 may be in contact with the inner wall of the container 31 and the housing portion 21, as shown in FIG. 2(b), for example. That is, the pair of electrodes 11 and 12 may be sandwiched between the inner wall of the container 31 corresponding to the first heat medium 3f and the housing portion 21 corresponding to the second heat medium 3s. Also in this case, the thermal energy transmitted to the container 31 and the housing portion 21 can be converted into electrical energy via the thermoelectric element 1 . This makes it possible to increase the amount of power generation.
  • the container 31 a known material that protects electronic components and the like is used, for example, a material with high thermal conductivity is used.
  • the container 31 may contain, for example, the thermoelectric element 1 and the secondary battery 2, as well as any electronic member, sealing material, and the like.
  • the heat medium 3 may contain a circuit board 4 .
  • the thermoelectric element 1 is in contact with the circuit board 4, for example, as shown in FIG. 3(a). That is, the pair of electrodes 11 and 12 are sandwiched between the arbitrary first heat medium 3f and the circuit board 4 corresponding to the second heat medium 3s. Therefore, thermal energy generated on the circuit board 4 by arithmetic processing or the like can be converted into electrical energy via the thermoelectric element 1 . This makes it possible to increase the amount of power generation. In addition, exhaust heat generated by arithmetic processing or the like can be effectively used.
  • thermoelectric element 1 and the secondary battery 2 may be provided on the same main surface of the circuit board 4, for example.
  • the heat energy generated from the secondary battery 2 can be easily supplied to the thermoelectric element 1 via the circuit board 4, and the heat energy can be suppressed from being retained in the circuit board 4. .
  • This makes it possible to suppress deterioration of the circuit board 4 and degradation of quality such as a decrease in computation speed.
  • thermoelectric element 1 may be provided in contact between the circuit board 4 and the casing 21, as shown in FIG. 3(b), for example. That is, the pair of electrodes 11 and 12 are sandwiched between the housing portion 21 corresponding to the first heat medium 3f and the circuit board 4 corresponding to the second heat medium 3s. Therefore, direct transmission of thermal energy generated from the secondary battery 2 to the circuit board 4 can be suppressed. This makes it possible to suppress deterioration of the circuit board 4 and degradation of quality such as a decrease in computation speed.
  • the circuit board 4 indicates a known board with wiring on which electronic components such as a CPU and transistors are mounted.
  • the size and type of the circuit board 4 can be arbitrarily set according to the application.
  • the above-described charging circuit 5 may be arranged on the circuit board 4 .
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing an example of the power generation system in this embodiment.
  • the power generation system includes, for example, a secondary battery 100 with power generation function and a control unit 6, as shown in FIG.
  • the secondary battery 100 with power generation function may include, for example, a plurality of thermoelectric elements 1 or a plurality of secondary batteries 2 .
  • the control unit 6 includes a known arithmetic processing device such as a CPU, and is implemented in electronic devices such as personal computers and smartphones.
  • the control unit 6 may include sensors such as a current measuring sensor, a voltage measuring sensor, and a temperature sensor, and measure measured values.
  • the control unit 6 may include a storage unit that stores preset threshold values, for example.
  • the control unit 6 controls charging conditions for the secondary battery 2 charged via the thermoelectric element 1 . Therefore, the charging condition can be controlled based on the charge/discharge state of the secondary battery 2 and the power generation state of the thermoelectric element 1 . This makes it possible to suppress early deterioration of the secondary battery 2 .
  • the control unit 6 acquires, for example, at least one of voltage and current based on the power generation of the thermoelectric element 1 as a measured value.
  • the control unit 6 may, for example, acquire a corresponding measured value for each of the plurality of thermoelectric elements 1 .
  • the control unit 6 controls charging conditions for the secondary battery 2 based on the measured value.
  • the control unit 6 may control the control conditions for each of one or more secondary batteries 2, for example, based on one or more measured values.
  • the charging conditions can be arbitrarily set in advance, for example, and can be arbitrarily set as long as the conditions affect the charging of the secondary battery 2 .
  • charging conditions include conditions for connecting to the voltage limiters 53 according to measured values. That is, the control unit 6 electrically connects a specific voltage limiter 53 to the secondary battery 2 and electrically separates the other voltage limiters 53 from the secondary battery 2 based on the measured value, thereby adjusting the charging condition. can be controlled.
  • control unit 6 may acquire the temperature of the thermoelectric element 1 during power generation as a measured value.
  • the controller 6 may control the temperature of the thermoelectric element 1 based on the result of comparing a preset temperature threshold value with the measured value. By controlling the temperature of the thermoelectric element 1, the power generation amount of the thermoelectric element 1 can be changed, so the charging condition of the secondary battery 2 can be controlled.
  • the control unit 6 may calculate an estimated amount of power generation corresponding to the measured value and control the charging conditions based on the calculation result.
  • the control unit 6 may acquire changes in temperature over time during power generation of the thermoelectric element 1 as measured values. In this case, the control unit 6 may control charging conditions for interrupting charging of the secondary battery 2 when a temperature change exceeding a threshold occurs.
  • the thermoelectric element 1 may include a plurality of elements electrically connected to the secondary battery 2 independently.
  • the control unit 6 may control the electrical connection relationship between the secondary battery 2 and the plurality of elements as the charging condition. For example, the control unit 6 acquires voltages as measured values for each of the plurality of elements. After that, the control unit 6 selects an element capable of outputting a voltage suitable for the state of charge of the secondary battery 2 based on the measured value, and electrically connects the selected element and the secondary battery 2 .
  • control unit 6 uses the previously obtained discharge rate characteristics of the secondary battery 2 to calculate a voltage suitable for charging the secondary battery 2 . After that, the control unit 6 identifies an element capable of outputting the calculated voltage from the measured values obtained from the plurality of elements, and electrically connects the element and the secondary battery 2 . Note that the control unit 6 may connect, for example, a plurality of elements in parallel or in series.
  • the secondary battery 2 may be electrically connected to, for example, the driving section, and the thermoelectric element 1 may be electrically separated from the driving section.
  • the control unit 6 may control the conditions of power supplied from the secondary battery 2 to the driving unit.
  • the control unit 6 acquires supply information (for example, voltage and current) regarding power supplied from the secondary battery 2 to the drive unit, for example, via the sensor described above. Based on the supply information, the control unit 6 controls the conditions of power supplied from the secondary battery 2 to the drive unit in the same manner as the charging conditions described above.
  • the secondary battery 2 and the thermoelectric element 1 may be electrically connected to the driving section.
  • the control section 6 may control the conditions of electric power supplied from the thermoelectric element 1 to the driving section.
  • the control unit 6 may control conditions of power supplied from the secondary battery 2 and the thermoelectric element 1 to the driving unit. Even in this case, similarly to the method described above, the control unit 6 acquires supply information regarding power supplied to the driving unit from the thermoelectric element 1 and the secondary battery 2, and controls the power conditions based on the supply information. can be done.
  • FIG. 5(a) is a schematic cross-sectional view showing an example of the thermoelectric element 1 in this embodiment
  • FIG. 5(b) is a schematic cross-sectional view along AA in FIG. 5(a).
  • the thermoelectric element 1 includes a first electrode 11, a second electrode 12, and an intermediate portion 14, as shown in FIG. 5(a), for example.
  • the thermoelectric element 1 may comprise at least one of the first substrate 15 and the second substrate 16, for example.
  • the first electrode 11 and the second electrode 12 are provided facing each other.
  • the first electrode 11 and the second electrode 12 have different work functions.
  • the intermediate portion 14 is provided in a space 140 including a gap G between the first electrode 11 and the second electrode 12, as shown in FIG. 6, for example.
  • the intermediate portion 14 includes fine particles 141 .
  • the fine particles 141 may include, for example, a first fine particle 141f and a second fine particle 141s.
  • the median diameter D50s of the second fine particles 141s is smaller than the median diameter D50f of the first fine particles 141f.
  • the variable range is narrower. Therefore, fluctuation of the fine particles 141 can be suppressed. As a result, it is possible to suppress a decrease in the power generation amount.
  • the area of the particles 141 in contact with the electrodes 11 and 12 can be increased compared to the case where only the first particles 141f having a large median diameter D50f are included. can be done. Therefore, the amount of electrons moving between the electrodes 11 and 12 can be increased. This makes it possible to increase the amount of power generation.
  • the filling degree of the particles 141 in the intermediate portion 14 can be easily improved compared to the case where only the second particles 141s having a small median diameter D50s are included. be able to. Thereby, the movement of electrons between the fine particles 141 can be facilitated. Also in this respect, it is possible to increase the amount of power generation.
  • the first electrode 11 and the second electrode 12 are spaced apart in the first direction Z, as shown in FIG. 5(a), for example.
  • Each of the electrodes 11 and 12 may extend in the second direction X and the third direction Y, for example, and may be provided in plurality.
  • one second electrode 12 may be provided facing the plurality of first electrodes 11 at different positions.
  • one first electrode 11 may be provided facing the plurality of second electrodes 12 at different positions.
  • a conductive material is used as the material of the first electrode 11 and the second electrode 12 .
  • materials for the first electrode 11 and the second electrode 12 for example, materials having different work functions are used.
  • the electrodes 11 and 12 may be made of the same material, in which case they may have different work functions.
  • non-metallic conductor As the material of the electrodes 11 and 12, for example, a material composed of a single element such as iron, aluminum, or copper may be used, or an alloy material composed of, for example, two or more elements may be used.
  • a non-metallic conductor for example, may be used as the material of the electrodes 11 and 12 .
  • Examples of nonmetallic conductors include silicon (Si: for example, p-type Si or n-type Si) and carbon-based materials such as graphene.
  • the thickness of the first electrode 11 and the second electrode 12 along the first direction Z is, for example, 4 nm or more and 1 ⁇ m or less.
  • the thickness of the first electrode 11 and the second electrode 12 along the first direction Z may be, for example, 4 nm or more and 500 nm or less.
  • the gap G which indicates the distance between the first electrode 11 and the second electrode 12, can be arbitrarily set by changing the thickness of the non-conductor layer 142, for example. For example, by narrowing the gap G, the electric field generated between the electrodes 11 and 12 can be increased, so that the amount of power generated by the thermoelectric element 1 can be increased. Also, by narrowing the gap G, for example, the thickness of the thermoelectric element 1 along the first direction Z can be reduced.
  • the gap G is a finite value of 500 ⁇ m or less, for example.
  • the gap G is, for example, 10 nm or more and 1 ⁇ m or less.
  • the gap G is 200 nm or less, the possibility of contact between the first electrode 11 and the second electrode 12 increases.
  • the gap G is larger than 1 ⁇ m, the electric field generated between the electrodes 11 and 12 may weaken.
  • the gap G is preferably larger than 200 nm and 1 ⁇ m or less.
  • the intermediate portion 14 includes, for example, fine particles 141 and a non-conductor layer 142 .
  • the non-conductor layer 142 contains the fine particles 141 and supports the first electrode 11 and the second electrode 12 . In this case, movement of the particles 141 in the gap G is suppressed by the non-conductor layer 142 . Therefore, it is possible to prevent the fine particles 141 from becoming unevenly distributed on the side of one of the electrodes 11 and 12 over time and reducing the amount of movement of electrons. This makes it possible to stabilize the power generation amount.
  • the non-conductor layer 142 is formed, for example, by curing a non-conductor material.
  • the non-conductor layer 142 exhibits a solid, for example.
  • the non-conducting layer 142 may include, for example, diluent residue and uncured portions of the non-conducting material. In this case as well, it is possible to stabilize the power generation amount in the same manner as described above.
  • the fine particles 141 are fixed in a dispersed state in the non-conductor layer 142, for example. In this case as well, it is possible to stabilize the power generation amount in the same manner as described above.
  • the intermediate portion 14 is provided on the first electrode 11 .
  • the second electrode 12 is provided on the non-conductor layer 142 .
  • the thermoelectric element 1 that does not require a temperature difference between the electrodes when converting thermal energy into electrical energy, by suppressing variations in the gap G on the surfaces along the second direction X and the third direction Y, For example, it is possible to increase the amount of power generation.
  • a liquid such as a solvent is used as the intermediate portion, it is necessary to provide a support portion or the like for maintaining the gap G.
  • the gap G may vary greatly with the formation of the supporting portion and the like.
  • thermoelectric element 1 the second electrode 12 is provided on the non-conductor layer 142, so that there is no need to provide a support or the like for maintaining the gap G, and the support or the like is not required. It is possible to eliminate gap variations due to formation accuracy. This makes it possible to suppress variations in the amount of power generation.
  • thermoelectric element 1 when providing a support or the like for maintaining the gap, there is a concern that the fine particles 141 may come into contact with the support and aggregate around the support.
  • thermoelectric element 1 it is possible to eliminate the state in which the fine particles 141 aggregate due to the supporting portion. This makes it possible to maintain a stable power generation amount.
  • the intermediate portion 14 extends on a plane along the second direction X and the third direction Y, as shown in FIG. 5(b), for example.
  • the intermediate portion 14 is provided within a space 140 formed between the electrodes 11 , 12 .
  • the intermediate portion 14 may be in contact with the main surfaces of the electrodes 11 and 12 facing each other, and may also be in contact with the side surfaces of the electrodes 11 and 12, for example.
  • the fine particles 141 may be dispersed in the non-conductor layer 142 and partially exposed from the non-conductor layer 142, for example.
  • the particles 141 may be filled in the gap G, for example, and the non-conductor layer 142 may be provided in the gaps between the particles 141 .
  • the particle diameter of the fine particles 141 is smaller than the gap G, for example.
  • the particle diameter of the fine particles 141 is set to a finite value of 1/10 or less of the gap G, for example. If the particle diameter of the fine particles 141 is set to 1/10 or less of the gap G, it becomes easier to form the intermediate portion 14 containing the fine particles 141 in the space 140 . Thereby, when the thermoelectric element 1 is produced, workability can be improved.
  • the fine particles 141 include particles having a particle diameter of, for example, 2 nm or more and 1000 nm or less.
  • the fine particles 141 may include, for example, particles having a median diameter (median diameter: D50) of 3 nm or more and 20 nm or less, or particles having an average particle diameter of 3 nm or more and 20 nm or less.
  • the particle number concentration of the fine particles 141 may be, for example, about 1.0 ⁇ 10 6 to 1.0 ⁇ 10 12 /ml, and can be arbitrarily set according to the application.
  • the median diameter or average particle diameter and particle number concentration can be measured, for example, by using a particle size distribution analyzer.
  • a particle size distribution measuring instrument using a dynamic light scattering method eg, Zetasizer Ultra manufactured by Malvern Panalytical, etc.
  • the first fine particles 141f and the second fine particles 141s contained in the fine particles 141 can be arbitrarily selected, for example, as long as the particle diameter is within the range described above. Also, the difference between the median diameter D50f of the first fine particles 141f and the median diameter D50s of the second fine particles 141s is arbitrary.
  • the particle number concentration of the first fine particles 141f is lower than the particle number concentration of the second fine particles 141s.
  • the particle number concentration of the first fine particles 141f is higher than the particle number concentration of the second fine particles 141s, the possibility of the second fine particles 141s entering between the particles of the first fine particles 141f becomes low. For this reason, the degree of filling of the particles 141 between the electrodes 11 and 12 cannot be increased, and there is a concern that the particles 141 may be unevenly distributed.
  • the particle number concentration of the first fine particles 141f is lower than the particle number concentration of the second fine particles 141s. In this case, the filling degree of the fine particles 141 between the electrodes 11 and 12 can be increased. Therefore, it is possible to suppress uneven distribution of the fine particles 141 and the like.
  • the work function of the first fine particles 141f is lower than the work function of the second fine particles 141s.
  • electrons can easily move from the first electrode 11 and the first fine particles 141f toward the second fine particles 141s.
  • the inter-particle distance of the second fine particles 141s tends to be shorter than the inter-particle distance of the first fine particles 141f, an electron transfer path is easily formed in the intermediate portion 14 . Therefore, electrons are easily supplied from the first electrode 11 to the intermediate portion 14 via the second fine particles 141s. Thereby, the transmission of electrons between the electrodes 11 and 12 can proceed smoothly. Therefore, it is possible to increase the amount of power generation.
  • the fine particles 141 include, for example, a conductive material, and any material is used depending on the application.
  • the fine particles 141 may contain one type of material, or may contain a plurality of materials depending on the application.
  • the fine particles 141 contain, for example, metal.
  • As the fine particles 141 for example, in addition to particles containing one kind of material such as gold or silver, particles of an alloy containing two or more kinds of materials may be used.
  • Fine particles 141 contain, for example, a metal oxide.
  • fine particles 141 containing metal oxides include zirconia (ZrO 2 ), titania (TiO 2 ), silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), iron oxides (Fe 2 O 3 , Fe 2 O 5 ), Copper oxide (CuO ) , zinc oxide (ZnO), yttria ( Y2O3 ), niobium oxide ( Nb2O5 ) , molybdenum oxide ( MoO3 ), indium oxide ( In2O3 ), tin oxide ( SnO2 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), tungsten oxide (WO 3 ), lead oxide (PbO), bismuth oxide (Bi 2 O 3 ), ceria (CeO 2 ), antimony oxide (Sb 2 O 5 , Sb 2 O 3 ), a metal oxide of at least one element selected from the group consisting of metals and Si is used.
  • the fine particles 141 may contain, for example, metal oxides other than magnetic substances.
  • metal oxides other than magnetic substances For example, when the fine particles 141 contain a metal oxide exhibiting a magnetic substance, movement of the fine particles 141 can be restricted by a magnetic field generated due to the environment in which the thermoelectric element 1 is installed. Therefore, by including a metal oxide other than a magnetic material, the fine particles 141 are not affected by the magnetic field caused by the external environment, and it is possible to suppress the decrease in the power generation amount over time.
  • the microparticles 141 include, for example, a coating 141a on the surface.
  • the thickness of the coating 141a is, for example, a finite value of 20 nm or less.
  • a material having, for example, a thiol group or a disulfide group is used as the coating 141a.
  • Alkanethiol such as dodecanethiol is used as the material having a thiol group.
  • a material having a disulfide group for example, an alkane disulfide or the like is used.
  • the non-conductor layer 142 is provided between the electrodes 11 and 12 and is in contact with the electrodes 11 and 12, for example.
  • the thickness of the non-conductor layer 142 is a finite value of 500 ⁇ m or less, for example.
  • the thickness of the non-conductor layer 142 affects the value and variation of the gap G described above. Therefore, for example, when the thickness of the non-conductor layer 142 is 200 nm or less, the possibility of contact between the first electrode 11 and the second electrode 12 increases. Also, if the thickness of the non-conductor layer 142 is greater than 1 ⁇ m, the electric field generated between the electrodes 11 and 12 may weaken. For these reasons, the thickness of the non-conductor layer 142 is preferably greater than 200 nm and equal to or less than 1 ⁇ m.
  • the non-conductor layer 142 may contain, for example, one type of material, or may contain a plurality of materials depending on the application. Materials described in ISO 1043-1 or JIS K 6899-1, for example, may be used as the non-conductor layer 142 .
  • the non-conductor layer 142 may include a plurality of layers containing different materials, for example, and may include a structure in which each layer is laminated. When the non-conductor layer 142 includes a plurality of layers, for example, particles 141 containing different materials may be included (eg, dispersed) in each layer.
  • the non-conductor layer 142 has insulating properties, for example.
  • the material used for the non-conductor layer 142 is arbitrary as long as it is a non-conductor material that can fix the fine particles 141 in a dispersed state, but an organic polymer compound is preferable.
  • the non-conductor layer 142 contains an organic polymer compound, the non-conductor layer 142 can be formed flexibly, so that the thermoelectric element 1 can be formed in a shape such as curved or bent depending on the application.
  • organic polymer compounds include polyimides, polyamides, polyesters, polycarbonates, poly(meth)acrylates, radically polymerizable photo- or thermosetting resins, photo-cationically polymerizable photo- or thermosetting resins, epoxy resins, and acrylonitrile components.
  • An inorganic substance may be used as the non-conductor layer 142, for example.
  • inorganic substances include porous inorganic substances such as zeolite and diatomaceous earth, as well as cage-like molecules.
  • the first substrate 15 and the second substrate 16 are spaced apart in the first direction Z with the electrodes 11 and 12 and the intermediate portion 14 interposed therebetween, as shown in FIG. 5A, for example.
  • the first substrate 15 is, for example, in contact with the first electrode 11 and separated from the second electrode 12 .
  • the first substrate 15 fixes the first electrode 11 .
  • the second substrate 16 is in contact with the second electrode 12 and separated from the first electrode 11 .
  • a second substrate 16 fixes the second electrode 12 .
  • each of the substrates 15 and 16 along the first direction Z is, for example, 10 ⁇ m or more and 2 mm or less.
  • the thickness of each substrate 15, 16 can be set arbitrarily.
  • the shape of each of the substrates 15 and 16 may be, for example, square, rectangular, or disk-like, and can be arbitrarily set according to the application.
  • the substrates 15 and 16 for example, plate-shaped members having insulation properties can be used, and known members such as silicon, quartz, and Pyrex (registered trademark) can be used.
  • a film-like member may be used, and for example, a known film-like member such as PET (polyethylene terephthalate), PC (polycarbonate), polyimide, or the like may be used.
  • a member having conductivity can be used, such as iron, aluminum, copper, or an alloy of aluminum and copper.
  • a member such as a conductive polymer may be used in addition to a conductive semiconductor such as Si or GaN. If conductive members are used for the substrates 15 and 16, wiring for connecting to the electrodes 11 and 12 becomes unnecessary.
  • the first substrate 15 may have a degenerate portion that contacts the first electrode 11 .
  • the contact resistance between the first electrode 11 and the first substrate 15 can be reduced as compared with the case without the degenerate portion.
  • the first substrate 15 may have a recessed portion on a surface different from the surface in contact with the first electrode 11 . In this case, the contact resistance between the wiring (for example, the first wiring 101) electrically connected to the first substrate 15 can be reduced.
  • thermoelectric elements 1 when stacking a plurality of thermoelectric elements 1 shown in FIG. In this case, contact resistance can be reduced by providing degenerate portions on the contact surfaces of the substrates 15 and 16 that are in contact with each other as the thermoelectric elements 1 are stacked.
  • the above-mentioned degenerate portion is generated, for example, by ion-implanting an n-type dopant into a semiconductor at a high concentration, coating a semiconductor with a material such as glass containing an n-type dopant, and performing heat treatment after coating.
  • impurities to be doped into the semiconductor first substrate 15 known impurities such as P, As, Sb, etc. for n-type, and B, Ba, Al, etc. for p-type are mentioned. Further, electrons can be efficiently emitted when the impurity concentration in the degenerate portion is, for example, 1 ⁇ 10 19 ions/cm 3 .
  • the specific resistance value of the first substrate 15 may be, for example, 1 ⁇ 10 ⁇ 6 ⁇ cm or more and 1 ⁇ 10 6 ⁇ cm or less. If the resistivity value of the first substrate 15 is less than 1 ⁇ 10 ⁇ 6 ⁇ cm, it is difficult to select the material. Also, if the specific resistance value of the first substrate 15 is greater than 1 ⁇ 10 6 ⁇ cm, there is a concern that current loss may increase.
  • the second substrate 16 may be a semiconductor. In this case, the description is omitted because it is the same as the above.
  • thermoelectric element 1 may include only the first substrate 15 as shown in FIG. 7(a), or may include only the second substrate 16, for example. Further, as shown in FIG. 7B, the thermoelectric element 1 has a laminated structure in which a plurality of the first electrodes 11, the intermediate portions 14, and the second electrodes 12 are laminated in this order without the respective substrates 15 and 16. (e.g. 1a, 1b, 1c, etc.), for example, a laminated structure comprising at least one of the substrates 15, 16 may be indicated.
  • the intermediate portion 14 may contain a solvent 142s instead of the non-conductor layer 142, as shown in FIG. 8, for example.
  • the fine particles 141 are dispersed in the solvent 142s.
  • each of the electrodes 11 and 12 is supported by a supporting portion (not shown).
  • a known liquid such as water or toluene is used as the solvent 142s. Even in this case, it is possible to suppress a decrease in the power generation amount by including the above-described first fine particles 141f and second fine particles 141s.
  • the intermediate portion 14 may not include the non-conductor layer 142, as shown in FIG. 9, for example.
  • the gap G is filled with the fine particles 141 .
  • each of the electrodes 11 and 12 is supported by a supporting portion (not shown). Even in this case, it is possible to suppress a decrease in the power generation amount by including the above-described first fine particles 141f and second fine particles 141s.
  • thermoelectric element 1 For example, when thermal energy is applied to the thermoelectric element 1, a current is generated between the first electrode 11 and the second electrode 12, converting the thermal energy into electrical energy. The amount of current generated between the first electrode 11 and the second electrode 12 depends on thermal energy and also depends on the difference between the work function of the second electrode 12 and the work function of the first electrode 11 .
  • the amount of current generated can be increased, for example, by increasing the work function difference between the first electrode 11 and the second electrode 12 and by decreasing the gap G.
  • the amount of electrical energy generated by the thermoelectric element 1 can be increased by considering at least one of increasing the work function difference and decreasing the gap G.
  • the amount of electrons moving between the electrodes 11 and 12 can be increased, which can lead to an increase in the amount of current.
  • the "work function” indicates the minimum energy required to extract electrons in a solid into a vacuum.
  • the work function is measured using, for example, ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), or Auger electron spectroscopy (AES). can be done.
  • UPS ultraviolet photoelectron spectroscopy
  • XPS X-ray photoelectron spectroscopy
  • AES Auger electron spectroscopy
  • the control unit 6 controls charging conditions for the secondary battery 2 charged via the thermoelectric element 1 . Therefore, the charging condition can be controlled based on the charge/discharge state of the secondary battery 2 and the power generation state of the thermoelectric element 1 . This makes it possible to suppress early deterioration of the secondary battery 2 .
  • the intermediate portion 14 includes the non-conductor layer 142 containing the fine particles 141 . That is, the non-conductor layer 142 suppresses movement of the fine particles 141 between the electrodes. Therefore, it is possible to prevent the fine particles 141 from becoming unevenly distributed on the one electrode side over time and reducing the amount of movement of electrons. This makes it possible to stabilize the power generation amount.
  • the non-conductor layer 142 supports the pair of electrodes 11 and 12 . Therefore, compared to the case where a solvent or the like is used instead of the non-conductor layer 142, there is no need to provide a supporting portion or the like for maintaining the distance (gap G) between the electrodes, and the accuracy of forming the supporting portion is reduced. Variation in the gap G can be eliminated. This makes it possible to suppress variations in the amount of power generation.
  • the pair of electrodes 11 and 12 are sandwiched between the heat mediums 3 exhibiting a temperature higher than the outside air. Therefore, it is possible to further suppress fluctuations in the heat transferred to the thermoelectric element 1 over time. This makes it possible to achieve more stable power generation.
  • the secondary battery 2 may be electrically connected to the driving section, and the thermoelectric element 1 may be electrically separated from the driving section.
  • the power generation system can be used without changing the conventional connection relationship between the secondary battery 2 and the drive unit. This makes it possible to improve the convenience of the power generation system.
  • control unit 6 may control the conditions of power supplied from the secondary battery 2 to the driving unit.
  • the electric power supplied from the secondary battery 2 can be controlled according to variations in power generation of the thermoelectric element 1 . This makes it possible to achieve stable power supply.
  • control unit 6 may control the electrical connection relationship between the secondary battery 2 and a plurality of elements as a charging condition.
  • charging conditions that impose a load on the secondary battery 2 can be avoided, and charging suitable for the state of the secondary battery 2 can be performed. This makes it possible to further suppress early deterioration of the secondary battery 2 .
  • thermoelectric element 1 may be in contact with the heat medium 3 exhibiting a temperature higher than the outside air. In this case, it is possible to suppress variations in heat transferred to the thermoelectric element 1 over time. This makes it possible to achieve stable power generation.
  • thermoelectric element 1 may be provided in contact with the housing section 21, for example.
  • thermal energy generated from the secondary battery 2 can be converted into electrical energy via the thermoelectric element 1 .
  • exhaust heat generated with the use of the secondary battery 2 can be effectively used.
  • thermoelectric element 1 may be provided in contact between the housing portion 21 and the heat storage portion.
  • the amount of thermal energy supplied to the thermoelectric element 1 can be easily suppressed from changing with time. This makes it possible to further stabilize the power generation amount.
  • thermoelectric element 1 may be in contact with the inner wall of the container 31, for example.
  • thermal energy transferred to the container 31 can be converted into electrical energy via the thermoelectric element 1 . This makes it possible to increase the amount of power generation.
  • thermoelectric element 1 may be in contact with the circuit board 4, for example.
  • thermal energy generated on the circuit board 4 by arithmetic processing or the like can be converted into electrical energy via the thermoelectric element 1 .
  • exhaust heat generated by arithmetic processing or the like can be effectively used.
  • thermoelectric element 1 and the secondary battery 2 may be provided on the same main surface of the circuit board 4, for example.
  • thermoelectric element 1 may be provided in contact between the circuit board 4 and the housing section 21, for example.
  • direct transmission of heat energy generated from the secondary battery 2 to the circuit board 4 can be suppressed. This makes it possible to suppress deterioration of the circuit board 4 and degradation of quality such as a decrease in computation speed.
  • thermoelectric element 1 may be in contact with the drive section, for example.
  • thermal energy generated from the drive section can be converted into electrical energy via the thermoelectric element 1 .
  • exhaust heat generated from the driving section can be effectively used.
  • thermoelectric element 1 may be electrically connected to the secondary battery 2 via a booster circuit. In this case, when charging the secondary battery 2 using the power generation of the thermoelectric element 1, it is possible to shorten the charging time.
  • the fine particles 141 may include the first fine particles 141f and the second fine particles 141s having a smaller median diameter D50s than the first fine particles 141f.
  • the second fine particles 141s may increase the possibility that the second fine particles 141s enter between the particles of the first fine particles 141f, and it is possible to suppress fluctuations in the dispersed state of the fine particles 141.
  • FIG. As a result, it is possible to suppress a decrease in the power generation amount.
  • the particle number concentration of the first fine particles 141f may be lower than the particle number concentration of the second fine particles 141s. That is, the filling degree of the fine particles 141 between the electrodes 11 and 12 can be increased. Therefore, it is possible to further suppress fluctuations in the dispersed state of the fine particles 141 . As a result, it is possible to further suppress the decrease in the power generation amount.
  • the non-conductor layer 142 may contain an organic polymer compound, for example.
  • the non-conductor layer 142 can be formed flexibly. Thereby, it is possible to form the thermoelectric element 1 having a shape according to the application.
  • the intermediate portion 14 is provided on the first electrode 11 and includes a solid non-conductor layer 142 and fine particles 141 dispersed and fixed in the non-conductor layer 142. may contain. That is, the non-conductor layer 142 suppresses movement of the fine particles 141 between the electrodes (the first electrode 11 and the second electrode 12). In this case, it is possible to prevent the fine particles 141 from becoming unevenly distributed on one electrode side over time and reducing the amount of movement of electrons. This makes it possible to stabilize the power generation amount.
  • the intermediate portion 14 may be provided on the first electrode 11 and include a solid non-conductor layer 142 .
  • the second electrode 12 may be provided on the non-conductor layer 142 and have a work function different from that of the first electrode 11 .
  • thermoelectric element 11 first electrode 12: second electrode 14: intermediate portion 15: first substrate 16: second substrate 17: sealing material 2: secondary battery 3: heat medium 3f: first heat medium 3s: Second heat medium 4 : Circuit board 5 : Charging circuit 51 : Rectifying circuit 52 : Smoothing circuit 53 : Voltage limiter 6 : Control unit 100 : Secondary battery with power generation function 140 : Space 141 : Particles 141a : Coating 142 : Non-conductor layer 142s: solvent G: gap R: load Z: first direction X: second direction Y: third direction

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Abstract

【課題】二次電池の早期劣化の抑制を図ることができる発電システムを提供する。 【解決手段】熱電素子１を利用した発電システムであって、互いに異なる仕事関数を有する一対の電極１１、１２を含み、電極間の温度差を不要とする前記熱電素子１と、前記熱電素子１の発電に基づき充電される二次電池２と、前記熱電素子１を介して充電される前記二次電池２の充電条件を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。例えば前記熱電素子１は、前記一対の電極１１、１２の間に設けられ、微粒子を内包する不導体層を含む中間部を含み、前記不導体層は、前記一対の電極１１、１２を支持することを特徴とする。

Description

発電システム
　この発明は、熱電素子を利用した発電システムに関する。
　近年、リチウムイオン二次電池等の二次電池の充電に関し、例えば特許文献１のような熱電充電器が提案されている。
　特許文献１に開示された熱電充電器は、セラミックス製の基板に熱電半導体が埋め込まれ、該熱電半導体に電極が固定された熱電素子と、前記熱電素子の一方の面の側に設けられた第１の熱交換部と、前記熱電素子の他方の面の側に設けられた第２の熱交換部と、前記熱電素子の出力を外部に取り出す手段とを備える。
　また、上記熱電素子として、特許文献１のようなゼーベック効果を利用した熱電素子のほか、例えば特許文献２のように、電極間の温度差を不要とした発電素子等の開発もされている。
　特許文献２に開示された熱電素子では、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電素子であって、第１電極と、前記第１電極と対向して設けられ、前記第１電極よりも高電位を示す第２電極と、前記第１電極と、前記第２電極との間に設けられ、ナノ粒子を分散させた溶媒を含む中間部と、を備える。
特開平１１－２８４２３５号公報 特許第６９４２４０４号公報
　ここで、特許文献１に開示されたゼーベック効果を利用した熱電素子を用いた場合、電極間に温度差を生じさせる構成を備えることを前提としている。特に、上記熱電素子を用いて継続的に安定した発電を実現するには、電極間の温度差を長時間維持する必要がある。この点、特許文献１では、金属や液体等を利用して電極間に温度差を生じさせることを前提としている。即ち、電極間の温度差が変化し易い条件下での発電を想定しているため、不安定な発電に繋がり得る。このため、発電素子の発電に基づき二次電池を充電する場合、過充電状態等の想定外の不具合を引き起こす可能性があり、二次電池の早期劣化が懸念として挙げられる。
　これに対し、特許文献２に開示された熱電素子は、電極間に温度差を生じさせる必要がない。しかしながら、経時に伴い熱電素子に伝達される熱が変動する場合には、不安定な発電に繋がり得る。このため、上記熱電素子と同様に二次電池の早期劣化に繋がり得る。この点について、特許文献２には記載も示唆もされていない。
　そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、二次電池の早期劣化の抑制を図ることができる発電システムを提供することにある。
　第１発明に係る発電システムは、熱電素子を利用した発電システムであって、互いに異なる仕事関数を有する一対の電極を含み、電極間の温度差を不要とする前記熱電素子と、前記熱電素子の発電に基づき充電される二次電池と、前記熱電素子を介して充電される前記二次電池の充電条件を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
　第２発明に係る発電システムは、第１発明において、前記熱電素子は、前記一対の電極の間に設けられ、微粒子を内包する不導体層を含む中間部を含み、前記不導体層は、前記一対の電極を支持することを特徴とする。
　第３発明に係る発電システムは、第１発明又は第２発明において、前記一対の電極は、外気以上の温度を示す熱媒に挟まれることを特徴とする。
　第４発明に係る発電システムは、第１発明～第３発明の何れかにおいて、前記二次電池は、駆動部と電気的に接続され、前記熱電素子は、前記駆動部と電気的に離間することを特徴とする。
　第５発明に係る発電システムは、第１発明～第３発明の何れかにおいて、前記二次電池及び前記熱電素子は、駆動部と電気的に接続され、前記制御部は、前記二次電池及び前記二次電池から、前記駆動部に供給される電力の条件を制御することを含むことを特徴とする。
　第６発明に係る発電システムは、第１発明～第５発明の何れかにおいて、前記熱電素子は、それぞれ独立して前記二次電池と電気的に接続された複数の素子を含み、前記制御部は、前記二次電池と、複数の前記素子との電気的接続関係を、前記充電条件として制御することを含むことを特徴とする。
　第１発明～第６発明によれば、制御部は、熱電素子を介して充電される二次電池の充電条件を制御する。このため、二次電池の充放電状態や、熱電素子の発電状態に基づき、充電条件を制御することができる。これにより、二次電池の早期劣化の抑制を図ることが可能となる。
　特に、第２発明によれば、中間部は、微粒子を内包する不導体層を含む。即ち、不導体層により、電極間における微粒子の移動が抑制される。このため、経時に伴い微粒子が一方の電極側に偏在し、電子の移動量が減少することを抑制することができる。これにより、発電量の安定化を図ることが可能となる。
　また、第２発明によれば、不導体層は、一対の電極を支持する。このため、不導体層の代わりに溶媒等を用いた場合に比べて、電極間の距離（ギャップ）を維持するための支持部等を設ける必要がなく、支持部の形成精度に起因するギャップのバラつきを除くことができる。これにより、発電量のバラつきを抑制することが可能となる。
　特に、第３発明によれば、一対の電極は、外気以上の温度を示す熱媒に挟まれる。このため、各電極に伝達される熱の変動が抑制され、電極間に温度差のバラつきが生じ難くすることができる。これにより、安定した発電の実現を図ることが可能となる。
　特に、第４発明によれば、二次電池は、駆動部と電気的に接続され、熱電素子は、駆動部と電気的に離間する。このため、従来の二次電池と駆動部との接続関係を変更することなく、発電システムを利用することができる。これにより、発電システムの利便性を向上させることが可能となる。
　特に、第５発明によれば、制御部は、二次電池から駆動部に供給される電力の条件を制御する。このため、熱電素子の発電のバラつきに応じて二次電池から供給される電力を制御することができる。これにより、安定した電力の供給を図ることが可能となる。
　特に、第６発明によれば、制御部は、二次電池と、複数の素子との電気的接続関係を、充電条件として制御する。このため、二次電池に対して負荷を与える充電条件を回避することができ、二次電池の状態に適した充電を実施することができる。これにより、二次電池の早期劣化をさらに抑制することが可能となる。
図１は、実施形態における発電機能付二次電池の一例を示す模式図である。 図２（ａ）は、実施形態における発電機能付二次電池の第１変形例を示す模式図であり、図２（ｂ）は、実施形態における発電機能付二次電池の第３変形例を示す模式図である。 図３（ａ）及び図３（ｂ）は、実施形態における発電機能付二次電池の第４変形例を示す模式図である。 図４は、実施形態における発電システムの一例を示す概念図である。 図５（ａ）は、実施形態における熱電素子の一例を示す模式断面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）におけるＡ－Ａに沿った模式断面図である。 図６は、中間部の一例を示す模式断面図である。 図７（ａ）は、実施形態における熱電素子の第１変形例を示す模式断面図であり、図７（ｂ）は、実施形態における熱電素子の第２変形例を示す模式断面図である。 図８は、中間部の第１変形例を示す模式断面図である。 図９は、中間部の第２変形例を示す模式断面図である。
　以下、本発明の実施形態としての発電機能付二次電池、及び発電システムの一例について、図面を参照しながら説明する。なお、各図において、熱電素子の各電極が積層される高さ方向を第１方向Ｚとし、第１方向Ｚと交差、例えば直交する１つの平面方向を第２方向Ｘとし、第１方向Ｚ及び第２方向Ｘのそれぞれと交差、例えば直交する別の平面方向を第３方向Ｙとする。また、各図における構成は、説明のため模式的に記載されており、例えば各構成の大きさや、構成毎における大きさの対比等については、図とは異なってもよい。
（発電機能付二次電池１００）
　図１は、本実施形態における発電機能付二次電池１００の一例を示す模式図である。
　発電機能付二次電池１００は、例えば電子デバイス、電気自動車、自立型センサ端末等のような、電源が必要となる公知の装置と電気的に接続される。発電機能付二次電池１００は、主電源として用いられるほか、例えば補助電源として用いられてもよい。
　発電機能付二次電池１００は、熱電素子１と、二次電池２とを備える。熱電素子１は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する。二次電池２は、熱電素子１と電気的に接続され、例えば電力の供給により駆動する駆動部等と電気的に接続される。駆動部は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置や、モータ等のような、公知の駆動装置を示す。
　熱電素子１は、互いに異なる仕事関数を有する一対の電極１１、１２を含む。この場合、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する際、電極間の温度差が不要となる。なお、例えば熱電素子１は、第１方向Ｚと交わる第１面１ｆ及び第２面１ｓを有し、第１電極１１は第１面１ｆ側に設けられ、第２電極１２は第２面１ｓ側に設けられる。第１電極１１と第１面１ｆ、及び第２電極１２と第２面１ｓとの間には、例えば基板や筐体等の部材が設けられてもよいほか、例えば空洞等が設けられてもよい。上記のほか、例えば熱電素子１は、第１電極１１の表面を第１面１ｆとし、第２電極１２の表面を第２面１ｓとしてもよい。
　ここで、発電量が不安定な従来の熱電素子を用いて二次電池２を充電する場合、過充電状態等の想定外の不具合を引き起こす可能性があり、二次電池２の早期劣化が懸念として挙げられる。これに対し、本実施形態における発電機能付二次電池１００では、熱電素子１が外気以上の熱媒３に接する。このため、経時に伴い熱電素子１に伝達される熱の変動を抑制することができる。これにより、安定した発電の実現を図ることが可能となる。従って、例えば二次電池２の早期劣化の抑制に繋げることができる。なお、例えば図１に示すように、熱電素子１の第１面１ｆ及び第２面１ｓが、熱媒３に接するほか、第１面１ｆ、第２面１ｓ、及び側面の少なくとも何れかが、熱媒３に接してもよい。
　例えば一対の電極１１、１２は、熱媒３に挟まれてもよい。この場合、経時に伴い熱電素子１に伝達される熱の変動をさらに抑制することができる。特に、各電極１１、１２に伝達される熱の変動が抑制され、電極１１、１２間に温度差のバラつきが生じ難くすることができる。これにより、より安定した発電の実現を図ることが可能となる。なお、例えば図１に示すように、熱電素子１全体が熱媒３に挟まれるほか、例えば熱電素子１の少なくとも一部が熱媒３に挟まれてもよい。なお、一対の電極１１、１２等が熱媒３に「挟まれる」とは、一対の電極１１、１２等が熱媒３に接する状態を示すほか、例えば離間した状態を示してもよい。
　一対の電極１１、１２は、例えば互いに主面が対向する第１方向Ｚに沿って、第１熱媒３ｆ及び第２熱媒３ｓに挟まれる。一対の電極１１、１２は、例えば主面と平行な第２方向Ｘ又は第３方向Ｙに沿って、第１熱媒３ｆ及び第２熱媒３ｓに挟まれてもよい。何れの場合においても、各熱媒３ｆ、３ｓから各電極１１、１２に対し、継続的に熱エネルギーを供給することができる。特に、電極間の温度差を不要とする熱電素子１を用いることで、各熱媒３ｆ、３ｓから供給される熱エネルギーの度合いを考慮する必要が無く、継続して安定した発電を実現し易くすることが可能となる。なお、熱電素子１の詳細は、後述する。
　二次電池２は、リチウムイオン二次電池等のような、充放電可能な公知の電池を示す。二次電池２は、例えば熱電素子１により発生した電力に基づき充電することができる。二次電池２の種類や性能等は、用途に応じて任意に選択することができる。
　熱媒３は、外気以上の温度を示す構造体であれば任意であり、例えば熱エネルギーを発生させる熱源でもよい。熱媒３は、それぞれ別体に設けられた第１熱媒３ｆ及び第２熱媒３ｓを含むほか、例えば一体に設けられた第１熱媒３ｆ及び第２熱媒３ｓを含んでもよい。
　熱源として、例えばＣＰＵ等の電子デバイスの電子部品、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の発光素子、自動車等のエンジン、工場の生産設備、人体、太陽光、及び環境温度等が挙げられる。熱媒３は、例えば上述した熱源のほか、電子デバイス等の筐体、排熱パイプ、太陽光パネルの硝子やフレーム部、自動車の車体等、蓄熱され得る構造体が挙げられる。
　発電機能付二次電池１００は、例えば図４に示すように、充電回路５を備える。充電回路５として、例えば熱電素子１等の環境発電を用いて二次電池２を充電する際に用いられる公知の回路が用いられる。充電回路５は、例えば整流回路５１と、平滑回路５２と、電圧リミッタ５３とを含む。充電回路５は、例えば昇圧回路を含んでもよい。
　整流回路５１は、例えば熱電素子１から出力される電圧の極性が変化する場合に用いられる。平滑回路５２は、例えば熱電素子１又は整流回路５１から出力される直流電圧を平滑化する場合に用いられる。電圧リミッタ５３は、例えば二次電池２に過度な電圧が印可されることを抑制する場合に用いられる。
　＜第１変形例：熱媒３が二次電池２の筐体部２１を含む＞
　例えば熱媒３は、二次電池２の筐体部２１を含んでもよい。この場合、例えば図２（ａ）に示すように、熱電素子１は、筐体部２１と接して設けられてもよい。即ち、一対の電極１１、１２は、任意の第１熱媒３ｆと、第２熱媒３ｓに相当する筐体部２１とに挟まれる。このため、二次電池２から発生する熱エネルギーを、熱電素子１を介して電気エネルギーに変換することができる。これにより、発電量の増加を図ることが可能となる。また、二次電池２の利用に伴い発生する排熱を、有効に利用することができる。
　なお、筐体部２１は、二次電池２の充放電に伴い温度が上昇し、継続的に外気よりも高い温度になり易い。このため、筐体部２１を熱媒３として用いることで、熱電素子１に対して安定した熱エネルギーの供給も可能となる。
　筐体部２１として、公知の二次電池用筐体が用いられ、例えば熱伝導性の高い材料が用いられる。容器３１は、二次電池２の電極や活物質を内設するほか、例えば任意の電子部材や封止材等を内設してもよい。
　なお、例えば熱電素子１は、一対の二次電池２の間に設けられてもよい。即ち、一対の電極１１、１２は、第１熱媒３ｆに相当する一方の二次電池２の筐体部２１と、第２熱媒３ｓに相当する他方の二次電池２の筐体部２１とに挟まれてもよい。この場合においても、二次電池２から発生する熱エネルギーを、熱電素子１を介して電気エネルギーに変換することができる。これにより、発電量の増加を図ることが可能となる。
　＜第２変形例：熱媒３が蓄熱部を含む＞
　例えば熱媒３は、熱エネルギーを蓄熱する蓄熱部を含んでもよい。この場合、熱電素子１は、蓄熱部と、筐体部２１との間に接して設けられる。即ち、一対の電極１１、１２は、第１熱媒３ｆに相当する蓄熱部と、第２熱媒３ｓに相当する筐体部２１とに挟まれる。このため、熱電素子１に供給される熱エネルギー量の経時変化を抑制し易くすることができる。これにより、発電量のさらなる安定化を図ることが可能となる。
　蓄熱部は、例えば物質の比熱を利用した公知の顕熱蓄熱材料を有する。顕熱蓄熱材料として、例えばエアロゲル、レンガ等が用いられる。エアロゲルとは、空気分子の平均自由行程よりも小さなナノサイズの多孔性を有するものであり、シリカ、カーボン、アルミナ等を素材とする。顕熱蓄熱材料として、例えばガラスの比熱（例えば１０～５０℃のときに０．６７Ｊ／ｇ・Ｋ）よりも高い比熱を示す材料が用いられる。なお、比熱の値は、文献値を参照するほか、ＪＩＳ　Ｋ　７１２３に準ずる測定結果を用いてもよい。
　蓄熱部は、例えば物質の相変化、転移に伴う転移熱（潜熱）を利用した潜熱蓄熱材料を有してもよい。潜熱蓄熱材料として、水、塩化ナトリウム等の相変化を利用する公知のものが用いられる。蓄熱部は、例えば化学反応時の吸熱発熱を利用した化学蓄熱材料を有してもよい。化学蓄熱材料として、例えば公知の材料が用いられる。
　なお、例えば熱電素子１は、一対の蓄熱部との間に接して設けられてもよい。即ち、一対の電極１１、１２は、第１熱媒３ｆに相当する一方の蓄熱部と、第２熱媒３ｓに相当する他方の蓄熱部とに挟まれてもよい。この場合においても、熱電素子１に供給される熱エネルギー量の経時変化を抑制し易くすることができる。これにより、発電量のさらなる安定化を図ることが可能となる。
　上記に加え、例えば熱電素子１は、蓄熱部に内包された状態で設けられてもよい。この場合においても、熱電素子１に供給される熱エネルギー量の経時変化を抑制し易くすることができる。これにより、発電量のさらなる安定化を図ることが可能となる。特に、熱電素子１が蓄熱部に内包される領域内では、温度差が生じ難い。このため、各電極１１、１２の間には温度差が生じ難く、電極間の温度差に伴う発電のバラつきを抑制することが可能となる。
　＜第３変形例：熱媒３が容器３１を含む＞
　例えば熱媒３は、熱電素子１及び二次電池２を内設する容器３１を含んでもよい。この場合、熱電素子１は、容器３１の内壁と接する。即ち、一対の電極１１、１２は、熱媒３に相当する容器３１の内壁に挟まれる。このため、容器３１に伝達された熱エネルギーを、熱電素子１を介して電気エネルギーに変換することができる。これにより、発電量の増加を図ることが可能となる。
　なお、例えば図２（ｂ）に示すように、熱電素子１は、容器３１の内壁及び筐体部２１と接してもよい。即ち、一対の電極１１、１２は、第１熱媒３ｆに相当する容器３１の内壁と、第２熱媒３ｓに相当する筐体部２１とに挟まれてもよい。この場合においても、容器３１及び筐体部２１に伝達された熱エネルギーを、熱電素子１を介して電気エネルギーに変換することができる。これにより、発電量の増加を図ることが可能となる。
　容器３１として、電子部品等を保護する公知の材料が用いられ、例えば熱伝導性の高い材料が用いられる。容器３１は、例えば熱電素子１及び二次電池２のほか、任意の電子部材や封止材等を内設してもよい。
　＜第４変形例：熱媒３が回路基板４を含む＞
　例えば熱媒３は、回路基板４を含んでもよい。この場合、例えば図３（ａ）に示すように、熱電素子１は、回路基板４と接する。即ち、一対の電極１１、１２は、任意の第１熱媒３ｆと、第２熱媒３ｓに相当する回路基板４とに挟まれる。このため、演算処理等により回路基板４上に生じた熱エネルギーを、熱電素子１を介して電気エネルギーに変換することができる。これにより、発電量の増加を図ることが可能となる。また、演算処理等に伴い発生する排熱を、有効に利用することができる。
　なお、例えば熱電素子１及び二次電池２は、回路基板４の同一主面上に設けられてもよい。この場合、回路基板４を介して、二次電池２から発生する熱エネルギーを熱電素子１に供給し易くすることができ、回路基板４内に熱エネルギーが保持されることを抑制することができる。これにより、回路基板４の劣化や演算速度低下等の品質低下を抑制することが可能となる。
　また、例えば図３（ｂ）に示すように、熱電素子１は、回路基板４と、筐体部２１との間に接して設けられてもよい。即ち、一対の電極１１、１２は、第１熱媒３ｆに相当する筐体部２１と、第２熱媒３ｓに相当する回路基板４とに挟まれる。このため、二次電池２から発生する熱エネルギーを、回路基板４に直接伝達させることを抑制することができる。これにより、回路基板４の劣化や演算速度低下等の品質低下を抑制することが可能となる。
　回路基板４は、例えばＣＰＵやトランジスタ等の電子部品が搭載された公知の配線付き基板を示す。回路基板４の大きさや種類は、用途に応じて任意に設定することができる。回路基板４には、例えば上述した充電回路５が配置されてもよい。
（発電システム）
　次に、本実施形態における発電システムの一例について説明する。図４は、本実施形態における発電システムの一例を示す概念図である。
　発電システムは、例えば図４に示すように、発電機能付二次電池１００と、制御部６とを備える。発電機能付二次電池１００は、例えば複数の熱電素子１を備えてもよく、複数の二次電池２を備えてもよい。
　制御部６は、例えばＣＰＵ等のような公知の演算処理装置を含み、例えばパソコンやスマートフォン等の電子デバイスに実装される。制御部６は、例えば電流計測センサ、電圧計測センサ、温度センサ等のセンサを含み、計測値を計測してもよい。制御部６は、例えば予め設定された閾値等を保存する記憶部を含んでもよい。
　制御部６は、熱電素子１を介して充電される二次電池２の充電条件を制御する。このため、二次電池２の充放電状態や、熱電素子１の発電状態に基づき、充電条件を制御することができる。これにより、二次電池２の早期劣化の抑制を図ることが可能となる。
　制御部６は、例えば熱電素子１の発電に基づく電圧及び電流の少なくとも何れかを計測値として取得する。制御部６は、例えば複数の熱電素子１毎に対応する計測値を取得してもよい。
　制御部６は、計測値に基づき、二次電池２の充電条件を制御する。制御部６は、例えば１つ以上の計測値に基づき、１つ以上の二次電池２毎の制御条件を制御してもよい。充電条件は、例えば予め任意に設定することができ、二次電池２を充電する際に影響する条件であれば任意に設定することができる。
　例えば充電回路５に複数の電圧リミッタ５３が含まれる場合、充電条件として、計測値に応じた電圧リミッタ５３への接続条件が挙げられる。即ち、制御部６は、計測値に基づき、特定の電圧リミッタ５３を二次電池２と電気的に接続し、他の電圧リミッタ５３を二次電池２と電気的に離間することで、充電条件を制御することができる。
　例えば制御部６は、熱電素子１の発電時における温度を計測値として取得してもよい。この場合、例えば制御部６は、予め設定された温度閾値と、計測値とを比較した結果に基づき、熱電素子１の温度を制御してもよい。熱電素子１の温度を制御することで、熱電素子１の発電量を変化させることができるため、二次電池２の充電条件を制御することができる。
　例えば熱電素子１の発電時における温度を計測値として取得した場合、制御部６は、計測値に対応する推定発電量を算出し、算出結果に基づき充電条件を制御してもよい。上記のほか、例えば制御部６は、熱電素子１の発電時における温度の経時変化を計測値として取得してもよい。この場合、制御部６は、閾値を超える温度変化が生じた場合に、二次電池２への充電を中断するための充電条件を制御してもよい。
　例えば熱電素子１は、それぞれ独立して二次電池２と電気的に接続された複数の素子を含んでもよい。この場合、制御部６は、二次電池２と、複数の素子との電気的接続関係を、充電条件として制御してもよい。例えば制御部６は、複数の素子毎に電圧を計測値として取得する。その後、制御部６は、計測値に基づき、二次電池２の充電状態に適した電圧を出力できる素子を選択し、選択された素子と、二次電池２とを電気的に接続する。
　例えば制御部６は、予め取得された二次電池２の放電レート特性を用いて、二次電池２の充電城代に適した電圧を算出する。その後、制御部６は、複数の素子から取得した計測値から、算出された電圧を出力できる素子を特定し、素子と二次電池２とを電気的に接続する。なお、制御部６は、例えば複数の素子を並列又は直列に接続してもよい。
　例えば、二次電池２は、例えば駆動部と電気的に接続され、熱電素子１は、駆動部と電気的に離間してもよい。この場合、制御部６は、二次電池２から駆動部に供給される電力の条件を制御してもよい。制御部６は、例えば二次電池２から駆動部に供給される電力に関する供給情報（例えば電圧や電流）を、上述したセンサを介して取得する。制御部６は、供給情報に基づき、上述した充電条件と同様の方法により、二次電池２から駆動部に供給される電力の条件を制御する。
　例えば、二次電池２及び熱電素子１は、駆動部と電気的に接続されてもよい。この場合、上記と同様に、例えば制御部６は、熱電素子１から駆動部に供給される電力の条件を制御してもよい。また、例えば制御部６は、二次電池２及び熱電素子１から、駆動部に供給される電力の条件を制御してもよい。この場合においても上述した方法と同様に、制御部６は、熱電素子１及び二次電池２から駆動部に供給される電力に関する供給情報を取得し、供給情報に基づき電力の条件を制御することができる。
（熱電素子１）
　図５（ａ）は、本実施形態における熱電素子１の一例を示す模式断面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）におけるＡ－Ａに沿った模式断面図である。
　熱電素子１は、例えば図５（ａ）に示すように、第１電極１１と、第２電極１２と、中間部１４とを備える。熱電素子１は、例えば第１基板１５、及び第２基板１６の少なくとも何れかを備えてもよい。
　第１電極１１及び第２電極１２は、互いに対向して設けられる。第１電極１１及び第２電極１２は、それぞれ異なる仕事関数を有する。中間部１４は、例えば図６に示すように、第１電極１１と、第２電極１２との間（ギャップＧ）を含む空間１４０に設けられる。中間部１４は、微粒子１４１を含む。
　微粒子１４１は、例えば第１微粒子１４１ｆ、及び第２微粒子１４１ｓを含んでもよい。例えば第２微粒子１４１ｓの中央径Ｄ５０ｓは、第１微粒子１４１ｆの中央径Ｄ５０ｆよりも小さい。この場合、例えば第２微粒子１４１ｓが、第１微粒子１４１ｆの粒子間に入り込む可能性を高くすることができる。この際、各微粒子１４１ｆ、１４１ｓは、何れか一方のみが中間部１４に含まれる場合に比べて、変動可能な範囲が狭くなる。このため、微粒子１４１の変動を抑制することができる。これにより、発電量の低下の抑制を図ることが可能となる。
　また、例えば微粒子１４１が、各微粒子１４１ｆ、１４１ｓを含むことで、大きい中央径Ｄ５０ｆを有する第１微粒子１４１ｆのみを含む場合に比べて、各電極１１、１２に接する微粒子１４１の面積を大きくすることができる。このため、各電極１１、１２の間を移動する電子の量を増大させることができる。これにより、発電量の増加を図ることが可能となる。
　また、例えば微粒子１４１が、各微粒子１４１ｆ、１４１ｓを含むことで、小さい中央径Ｄ５０ｓを有する第２微粒子１４１ｓのみを含む場合に比べて、中間部１４内における微粒子１４１の充填度合いを容易に向上させることができる。これにより、微粒子１４１間において電子の移動を円滑にすることができる。この点においても、発電量の増加を図ることが可能となる。
　以下、各構成についての詳細を説明する。
　＜第１電極１１、第２電極１２＞
　第１電極１１及び第２電極１２は、例えば図５（ａ）に示すように、第１方向Ｚに離間する。各電極１１、１２は、例えば第２方向Ｘ及び第３方向Ｙに延在し、複数設けられてもよい。例えば１つの第２電極１２は、複数の第１電極１１とそれぞれ異なる位置で対向して設けられてもよい。また、例えば１つの第１電極１１は、複数の第２電極１２とそれぞれ異なる位置で対向して設けられてもよい。
　第１電極１１及び第２電極１２の材料として、導電性を有する材料が用いられる。第１電極１１及び第２電極１２の材料として、例えばそれぞれ異なる仕事関数を有する材料が用いられる。なお、各電極１１、１２には、それぞれ同一の材料を用いてもよく、この場合、それぞれ異なる仕事関数を有していればよい。
　各電極１１、１２の材料として、例えば鉄、アルミニウム、銅等の単一元素からなる材料が用いられるほか、例えば２種類以上の元素からなる合金の材料が用いられてもよい。各電極１１、１２の材料として、例えば非金属導電物が用いられてもよい。非金属導電物の例としては、シリコン（Ｓｉ：例えばｐ型Ｓｉ、あるいはｎ型Ｓｉ）、及びグラフェン等のカーボン系材料等を挙げることができる。
　第１電極１１及び第２電極１２の第１方向Ｚに沿った厚さは、例えば４ｎｍ以上１μｍ以下である。第１電極１１及び第２電極１２の第１方向Ｚに沿った厚さは、例えば４ｎｍ以上５００ｎｍ以下でもよい。
　第１電極１１と、第２電極１２との間の距離を示すギャップＧは、例えば不導体層１４２の厚さを変更することで任意に設定することができる。例えばギャップＧを狭くすることで、各電極１１、１２の間に発生する電界を大きくすることができるため、熱電素子１の発電量を増加させることができる。また、例えばギャップＧを狭くすることで、熱電素子１の第１方向Ｚに沿った厚さを薄くすることができる。
　ギャップＧは、例えば５００μｍ以下の有限値である。ギャップＧは、例えば１０ｎｍ以上１μｍ以下である。例えばギャップＧが２００ｎｍ以下の場合、第１電極１１と第２電極１２とが接触する可能性が高くなる。また、ギャップＧが１μｍよりも大きい場合、各電極１１、１２の間に発生する電界が弱まる可能性がある。これらのため、ギャップＧは、２００ｎｍよりも大きく、１μｍ以下であることが好ましい。
　＜中間部１４＞
　中間部１４は、例えば微粒子１４１と、不導体層１４２とを含む。不導体層１４２は、微粒子１４１を内包し、第１電極１１及び第２電極１２を支持する。この場合、不導体層１４２により、ギャップＧにおける微粒子１４１の移動が抑制される。このため、経時に伴い微粒子１４１が一方の電極１１、１２側に偏在し、電子の移動量が減少することを抑制することができる。これにより、発電量の安定化を図ることが可能となる。
　不導体層１４２は、例えば不導体材料を硬化させて形成される。不導体層１４２は、例えば固体を示す。不導体層１４２は、例えば希釈剤の残渣や、不導体材料の未硬化部を含んでもよい。この場合においても、上記と同様に、発電量の安定化を図ることが可能となる。また、微粒子１４１は、例えば不導体層１４２に分散された状態で固定される。この場合においても、上記と同様に、発電量の安定化を図ることが可能となる。
　中間部１４は、第１電極１１の上に設けられる。また、第２電極１２は、不導体層１４２の上に設けられる。ここで、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する際、電極間の温度差を不要とする熱電素子１では、第２方向Ｘ及び第３方向Ｙに沿った面におけるギャップＧのバラつきを抑制することで、例えば発電量の増加を図ることができる。この点、中間部として溶媒等の液体を用いる場合、ギャップＧを維持するための支持部等を設ける必要がある。しかしながら、支持部等の形成に伴い、上記ギャップＧのバラつきを大きくし得ることが懸念されていた。これに対し、本実施形態における熱電素子１では、第２電極１２は、不導体層１４２の上に設けられるため、ギャップＧを維持するための支持部等を設ける必要がなく、支持部等の形成精度に起因するギャップのバラつきを除くことができる。これにより、発電量のバラつきを抑制することが可能となる。
　また、ギャップを維持するための支持部等を設ける場合、支持部に微粒子１４１が接触し、支持部周辺に凝集する懸念が挙げられる。これに対し、本実施形態における熱電素子１では、支持部に起因して微粒子１４１が凝集する状態を排除することができる。これにより、安定した発電量を維持することが可能となる。
　中間部１４は、例えば図５（ｂ）に示すように、第２方向Ｘ及び第３方向Ｙに沿った平面に延在する。中間部１４は、各電極１１、１２の間に形成された空間１４０内に設けられる。中間部１４は、各電極１１、１２の互いに対向する主面に接するほか、例えば各電極１１、１２の側面に接してもよい。
　微粒子１４１は、不導体層１４２に分散され、例えば一部が不導体層１４２から露出してもよい。微粒子１４１は、例えばギャップＧ内に充填され、微粒子１４１の隙間に不導体層１４２が設けられてもよい。微粒子１４１の粒子径は、例えばギャップＧよりも小さい。微粒子１４１の粒子径は、例えばギャップＧの１／１０以下の有限値とされる。微粒子１４１の粒子径を、ギャップＧの１／１０以下とすると、空間１４０内に微粒子１４１を含む中間部１４を、形成しやすくなる。これにより、熱電素子１を生成する際、作業性を向上させることが可能となる。
　ここで、「微粒子」とは、複数の粒子を含んだものを示す。微粒子１４１は、例えば２ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の粒子径を有する粒子を含む。微粒子１４１は、例えば、メディアン径（中央径：Ｄ５０）が３ｎｍ以上２０ｎｍ以下の粒子径を有する粒子を含んでもよいほか、例えば平均粒径が３ｎｍ以上２０ｎｍ以下の粒子径を有する粒子を含んでもよい。微粒子１４１の粒子数濃度は、例えば１．０×１０６～１．０×１０１２個／ｍｌ程度でもよく、用途に応じて任意に設定することができる。メディアン径又は平均粒径、及び粒子数濃度は、例えば粒度分布計測器を用いることで、測定することができる。粒度分布計測器としては、例えば、動的光散乱法を用いた粒度分布計測器（例えばMalvern Panalytical 製ゼータサイザーUltra等）を用いればよい。
　なお、微粒子１４１に含まれる第１微粒子１４１ｆ及び第２微粒子１４１ｓは、例えば上述した粒子径の範囲であれば、任意に選択することができる。また、第１微粒子１４１ｆの中央径Ｄ５０ｆと、第２微粒子１４１ｓの中央径Ｄ５０ｓとの差は、任意である。
　例えば、第１微粒子１４１ｆの粒子数濃度は、第２微粒子１４１ｓの粒子数濃度よりも低い。ここで、第１微粒子１４１ｆの粒子数濃度が、第２微粒子１４１ｓの粒子数濃度よりも高い場合、第１微粒子１４１ｆにおける粒子間に、第２微粒子１４１ｓが入り込む可能性が低くなる。このため、各電極１１、１２の間における微粒子１４１の充填度合いを高めることができず、微粒子１４１の偏在等を引き起こす懸念が挙げられる。これに対し、本実施形態によれば、例えば第１微粒子１４１ｆの粒子数濃度は、第２微粒子１４１ｓの粒子数濃度よりも低い。この場合、各電極１１、１２の間における微粒子１４１の充填度合いを高めることができる。このため、微粒子１４１の偏在等の抑制を図ることが可能となる。
　例えば、第１微粒子１４１ｆの仕事関数は、第２微粒子１４１ｓの仕事関数よりも低い。この場合、第１電極１１及び第１微粒子１４１ｆから第２微粒子１４１ｓに向けて、電子が移動し易くなる。また、第２微粒子１４１ｓの粒子間距離は、第１微粒子１４１ｆの粒子間距離に比べて、短い傾向を示すため、中間部１４内における電子の伝達経路が形成され易い。このため、第１電極１１から第２微粒子１４１ｓを介して中間部１４に電子が供給され易くなる。これにより、各電極１１、１２の間における電子の伝達を円滑に進めることができる。従って、発電量の増加を図ることが可能となる。
　微粒子１４１は、例えば導電物を含み、用途に応じて任意の材料が用いられる。微粒子１４１は、１種類の材料を含むほか、用途に応じて複数の材料を含んでもよい。
　微粒子１４１は、例えば金属を含む。微粒子１４１として、例えば金、銀等の１種類の材料を含有する粒子のほか、例えば２種類以上の材料を含有した合金の粒子が用いられてもよい。
　微粒子１４１は、例えば金属酸化物を含む。金属酸化物を含む微粒子１４１として、例えばジルコニア（ＺｒＯ２）、チタニア（ＴｉＯ２）、シリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ５）、酸化銅（ＣｕＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、酸化モリブデン（ＭｏＯ３）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化タングステン（ＷＯ３）、酸化鉛（ＰｂＯ）、酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）、セリア（ＣｅＯ２）、酸化アンチモン（Ｓｂ２Ｏ５、Ｓｂ２Ｏ３）などの、金属及びＳｉからなる群より選ばれる少なくとも何れか１つの元素の金属酸化物が用いられる。微粒子１４１は、例えば誘電体を含んでもよい。
　微粒子１４１は、例えば磁性体を除く金属酸化物を含んでもよい。例えば微粒子１４１が、磁性体を示す金属酸化物を含む場合、熱電素子１の設置された環境に起因して発生する磁場により、微粒子１４１の移動が制限され得る。このため、微粒子１４１は、磁性体を除く金属酸化物を含むことで、外部環境に起因する磁場の影響を受けずに、経時に伴う発電量の低下を抑制することが可能となる。
　微粒子１４１は、例えば被膜１４１ａを表面に含む。被膜１４１ａの厚さは、例えば２０ｎｍ以下の有限値である。このような被膜１４１ａを微粒子１４１の表面に設けることで、例えば不導体層１４２に分散させる際の凝集を抑制することができる。また、このような被膜１４１ａを微粒子１４１の表面に設けることで、微粒子１４１が第１電極１１及び第２電極１２の少なくとも何れかに直接接触することを防止することが可能となる。
　被膜１４１ａとして、例えばチオール基又はジスルフィド基を有する材料が用いられる。チオール基を有する材料として、例えばドデカンチオール等のアルカンチオールが用いられる。ジスルフィド基を有する材料として、例えばアルカンジスルフィド等が用いられる。
　不導体層１４２は、各電極１１、１２の間に設けられ、例えば各電極１１、１２に接する。不導体層１４２の厚さは、例えば５００μｍ以下の有限値である。不導体層１４２の厚さは、上述したギャップＧの値やバラつきに影響する。このため、例えば不導体層１４２の厚さが２００ｎｍ以下の場合、第１電極１１と第２電極１２とが接触する可能性が高くなる。また、不導体層１４２の厚さが１μｍよりも大きい場合、各電極１１、１２の間に発生する電界が弱まる可能性がある。これらのため、不導体層１４２の厚さは、２００ｎｍよりも大きく、１μｍ以下であることが好ましい。
　不導体層１４２は、例えば１種類の材料を含むほか、用途に応じて複数の材料を含んでもよい。不導体層１４２として、例えばＩＳＯ１０４３－１、又はＪＩＳ　Ｋ　６８９９－１に記載の材料が用いられてもよい。不導体層１４２は、例えば異なる材料を含む複数の層を含み、各層を積層した構成を含んでもよい。不導体層１４２が複数の層を含む場合、例えば各層にはそれぞれ異なる材料を含む微粒子１４１が内包（例えば分散）されてもよい。
　不導体層１４２は、例えば絶縁性を有する。不導体層１４２に用いられる材料は、微粒子１４１を分散した状態で固定できる不導体の材料であれば任意であるが、有機高分子化合物が好ましい。不導体層１４２が有機高分子化合物を含む場合、不導体層１４２をフレキシブルに形成できるため、湾曲や屈曲等の用途に応じた形状を有する熱電素子１を形成することができる。
　有機高分子化合物としては、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリ（メタ）アクリレート、ラジカル重合系の光または熱硬化性樹脂、光カチオン重合系の光または熱硬化性樹脂、あるいはエポキシ樹脂、アクリロニトリル成分を含有する共重合体、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ポリスチレン、ノボラック樹脂、ポリフッ化ビニリデンなどを用いることができる。
　なお、例えば不導体層１４２として、無機物質が用いられてもよい。無機物質として、例えばゼオライトや珪藻土等の多孔無機物質のほか、籠状分子等が挙げられる。
　＜第１基板１５、第２基板１６＞
　第１基板１５及び第２基板１６は、例えば図５（ａ）に示すように、各電極１１、１２及び中間部１４を挟み、第１方向Ｚに離間して設けられる。第１基板１５は、例えば第１電極１１と接し、第２電極１２と離間する。第１基板１５は、第１電極１１を固定する。第２基板１６は、第２電極１２と接し、第１電極１１と離間する。第２基板１６は、第２電極１２を固定する。
　各基板１５、１６の第１方向Ｚに沿った厚さは、例えば１０μｍ以上２ｍｍ以下である。各基板１５、１６の厚さは、任意に設定することができる。各基板１５、１６の形状は、例えば正方形や長方形の四角形のほか、円盤状等でもよく、用途に応じて任意に設定することができる。
　各基板１５、１６として、例えば絶縁性を有する板状の部材を用いることができ、例えばシリコン、石英、パイレックス（登録商標）等の公知の部材を用いることができる。各基板１５、１６は、例えばフィルム状の部材が用いられてもよく、例えばＰＥＴ（polyethylene terephthalate）、ＰＣ（polycarbonate）、及びポリイミド等の公知のフィルム状部材が用いられてもよい。
　各基板１５、１６として、例えば導電性を有する部材を用いることができ、例えば鉄、アルミニウム、銅、又はアルミニウムと銅との合金等を挙げることができる。また、各基板１５、１６としては、例えばＳｉ、ＧａＮ等の導電性を有する半導体の他、導電性高分子等の部材が用いられてもよい。各基板１５、１６に導電性を有する部材を用いる場合、各電極１１、１２に接続するための配線が不要となる。
　例えば、第１基板１５が半導体の場合、第１電極１１と接する縮退部を有してもよい。この場合、縮退部を有しない場合に比べて、第１電極１１と第１基板１５との間における接触抵抗を低減させることができる。また、第１基板１５は、第１電極１１と接する面とは異なる表面に、縮退部を有してもよい。この場合、第１基板１５と電気的に接続される配線（例えば第１配線１０１）との接触抵抗を低減させることができる。
　例えば図５（ａ）に示す熱電素子１を複数用いて積層する場合、第１基板１５及び第２基板１６として、半導体が用いられてもよい。この場合、各熱電素子１の積層に伴い接する各基板１５、１６の接触面に縮退部を設けることで、接触抵抗を低減させることができる。
　上述した縮退部は、例えばｎ型のドーパントを高濃度に半導体にイオン注入することや、ｎ型のドーパントを含むガラスなどの材料を半導体にコーティングし、コーティング後に熱処理を行うことによって生成される。
　なお、半導体の第１基板１５にドープされる不純物として、ｎ型であればＰ、Ａｓ、Ｓｂ等、ｐ型であればＢ、Ｂａ、Ａｌ等の公知の不純物が挙げられる。また、縮退部の不純物の濃度は、例えば、１×１０１９イオン／ｃｍ３であれば、電子を効率よく放出させることができる。
　例えば、第１基板１５が半導体の場合、第１基板１５の比抵抗値は、例えば１×１０－６Ω・ｃｍ以上１×１０６Ω・ｃｍ以下であればよい。第１基板１５の比抵抗値が１×１０－６Ω・ｃｍを下回ると、材料の選定が難しい。また、第１基板１５の比抵抗値が１×１０６Ω・ｃｍよりも大きいと、電流のロスが増大する懸念がある。
　なお、上記では、第１基板１５が半導体の場合について説明したが、第２基板１６が半導体でもよい。この場合、上記と同様のため、説明を省略する。
　なお、熱電素子１は、例えば図７（ａ）に示すように第１基板１５のみを備えるほか、第２基板１６のみを備えてもよい。また、熱電素子１は、例えば図７（ｂ）に示すように、各基板１５、１６を備えずに、第１電極１１、中間部１４、及び第２電極１２の順に複数積層された積層構造（例えば１ａ、１ｂ、１ｃ等）を示すほか、例えば各基板１５、１６の少なくとも何れかを備えた積層構造を示してもよい。
　なお、中間部１４は、例えば図８に示すように、不導体層１４２の代わりに、溶媒１４２ｓを含んでもよい。この場合、微粒子１４１は、溶媒１４２ｓに分散される。また、各電極１１、１２は、図示しない支持部により支持される。溶媒１４２ｓとして、たとえば水やトルエン等のような公知の液体が用いられる。この場合においても、上述した第１微粒子１４１ｆ及び第２微粒子１４１ｓを含むことで、発電量の低下の抑制を図ることが可能となる。
　なお、中間部１４は、例えば図９に示すように、不導体層１４２を含まなくてもよい。この場合、微粒子１４１は、ギャップＧに充填される。また、各電極１１、１２は、図示しない支持部により支持される。この場合においても、上述した第１微粒子１４１ｆ及び第２微粒子１４１ｓを含むことで、発電量の低下の抑制を図ることが可能となる。
　＜熱電素子１の動作例＞
　例えば、熱エネルギーが熱電素子１に与えられると、第１電極１１と第２電極１２との間に電流が発生し、熱エネルギーが電気エネルギーに変換される。第１電極１１と第２電極１２との間に発生する電流量は、熱エネルギーに依存する他、第２電極１２の仕事関数と、第１電極１１の仕事関数との差に依存する。
　発生する電流量は、例えば第１電極１１と第２電極１２との仕事関数差を大きくすること、及びギャップＧを小さくすることで、増やすことができる。例えば、熱電素子１が発生させる電気エネルギーの量は、上記仕事関数差を大きくすること、及び上記ギャップＧを小さくすること、の少なくとも何れか１つを考慮することで、増加させることができる。また、各電極１１、１２の間に、微粒子１４１を設けることで、各電極１１、１２の間を移動する電子の量を増大させることができ、電流量の増加に繋げることが可能となる。
　なお、「仕事関数」とは、固体内にある電子を真空中に取出すために必要な最小限のエネルギーを示す。仕事関数は、例えば、紫外光電子分光法（ＵＰＳ：Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy）、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ：X-ray Photoelectron Spectroscopy）やオージェ電子分光法（ＡＥＳ：Auger Electron Spectroscopy）を用いて測定することができる。なお、「仕事関数」として、熱電素子１の各構成を対象とした実測値が用いられるほか、例えば材料に対して計測された公知の値が用いられてもよい。
　本実施形態によれば、制御部６は、熱電素子１を介して充電される二次電池２の充電条件を制御する。このため、二次電池２の充放電状態や、熱電素子１の発電状態に基づき、充電条件を制御することができる。これにより、二次電池２の早期劣化の抑制を図ることが可能となる。
　また、本実施形態によれば、中間部１４は、微粒子１４１を内包する不導体層１４２を含む。即ち、不導体層１４２により、電極間における微粒子１４１の移動が抑制される。このため、経時に伴い微粒子１４１が一方の電極側に偏在し、電子の移動量が減少することを抑制することができる。これにより、発電量の安定化を図ることが可能となる。
　また、本実施形態によれば、不導体層１４２は、一対の電極１１、１２を支持する。このため、不導体層１４２の代わりに溶媒等を用いた場合に比べて、電極間の距離（ギャップＧ）を維持するための支持部等を設ける必要がなく、支持部の形成精度に起因するギャップＧのバラつきを除くことができる。これにより、発電量のバラつきを抑制することが可能となる。
　また、本実施形態によれば、一対の電極１１、１２は、外気以上の温度を示す熱媒３に挟まれる。このため、経時に伴い熱電素子１に伝達される熱の変動をさらに抑制することができる。これにより、より安定した発電の実現を図ることが可能となる。
　また、本実施形態によれば、例えば二次電池２は、駆動部と電気的に接続され、熱電素子１は、駆動部と電気的に離間してもよい。この場合、従来の二次電池２と駆動部との接続関係を変更することなく、発電システムを利用することができる。これにより、発電システムの利便性を向上させることが可能となる。
　また、本実施形態によれば、例えば制御部６は、二次電池２から駆動部に供給される電力の条件を制御してもよい。この場合、熱電素子１の発電のバラつきに応じて二次電池２から供給される電力を制御することができる。これにより、安定した電力の供給を図ることが可能となる。
　また、本実施形態によれば、例えば制御部６は、二次電池２と、複数の素子との電気的接続関係を、充電条件として制御してもよい。この場合、二次電池２に対して負荷を与える充電条件を回避することができ、二次電池２の状態に適した充電を実施することができる。これにより、二次電池２の早期劣化をさらに抑制することが可能となる。
　本実施形態によれば、例えば熱電素子１は、外気以上の温度を示す熱媒３に接してもよい。この場合、経時に伴い熱電素子１に伝達される熱の変動を抑制することができる。これにより、安定した発電の実現を図ることが可能となる。
　また、本実施形態によれば、例えば熱電素子１は、筐体部２１と接して設けられてもよい。この場合、二次電池２から発生する熱エネルギーを、熱電素子１を介して電気エネルギーに変換することができる。これにより、発電量の増加を図ることが可能となる。また、二次電池２の利用に伴い発生する排熱を、有効に利用することができる。
　また、本実施形態によれば、例えば熱電素子１は、筐体部２１と、蓄熱部との間に接して設けられてもよい。この場合、熱電素子１に供給される熱エネルギー量の経時変化を抑制し易くすることができる。これにより、発電量のさらなる安定化を図ることが可能となる。
　また、本実施形態によれば、例えば熱電素子１は、容器３１の内壁と接してもよい。この場合、容器３１に伝達された熱エネルギーを、熱電素子１を介して電気エネルギーに変換することができる。これにより、発電量の増加を図ることが可能となる。
　また、本実施形態によれば、例えば熱電素子１は、回路基板４と接してもよい。この場合、演算処理等により回路基板４上に生じた熱エネルギーを、熱電素子１を介して電気エネルギーに変換することができる。これにより、発電量の増加を図ることが可能となる。また、演算処理等に伴い発生する排熱を、有効に利用することができる。
　また、本実施形態によれば、例えば熱電素子１及び二次電池２は、回路基板４の同一主面上に設けられてもよい。この場合、二次電池２から発生する熱エネルギーが、回路基板４内に保持されることを抑制することができる。これにより、回路基板４の劣化や演算速度低下等の品質低下を抑制することが可能となる。
　また、本実施形態によれば、例えば熱電素子１は、回路基板４と、筐体部２１との間に接して設けられてもよい。この場合、二次電池２から発生する熱エネルギーを、回路基板４に直接伝達させることを抑制することができる。これにより、回路基板４の劣化や演算速度低下等の品質低下を抑制することが可能となる。
　また、本実施形態によれば、例えば熱電素子１は、駆動部と接してもよい。この場合、駆動部から発生する熱エネルギーを、熱電素子１を介して電気エネルギーに変換することができる。これにより、発電量の増加を図ることが可能となる。また、駆動部から発生する排熱を、有効に利用することができる。
　また、本実施形態によれば、例えば熱電素子１は、昇圧回路を介して二次電池２と電気的に接続されてもよい。この場合、熱電素子１の発電を利用して二次電池２を充電する際、充電時間の短縮を図ることが可能となる。
　また、本実施形態によれば、例えば微粒子１４１は、第１微粒子１４１ｆ、及び第１微粒子１４１ｆよりも小さい中央径Ｄ５０ｓを有する第２微粒子１４１ｓを含んでもよい。この場合、第２微粒子１４１ｓが、第１微粒子１４１ｆの粒子間に入り込む可能性を高くすることができ、微粒子１４１の分散状態の変動を抑制することができる。これにより、発電量の低下の抑制を図ることが可能となる。
　また、本実施形態によれば、例えば第１微粒子１４１ｆの粒子数濃度は、第２微粒子１４１ｓの粒子数濃度よりも低くてもよい。即ち、電極１１、１２の間における微粒子１４１の充填度合いを高めることができる。このため、微粒子１４１の分散状態の変動をさらに抑制することが可能となる。これにより、発電量の低下のさらなる抑制を図ることが可能となる。
　また、本実施形態によれば、例えば不導体層１４２は、有機高分子化合物を含んでもよい。この場合、不導体層１４２をフレキシブルに形成できる。これにより、用途に応じた形状を有する熱電素子１を形成することが可能となる。
　また、本実施形態によれば、例えば中間部１４は、第１電極１１の上に設けられ、固体の不導体層１４２と、不導体層１４２に分散された状態で固定された微粒子１４１とを含んでもよい。即ち、不導体層１４２により、電極間（第１電極１１、第２電極１２）における微粒子１４１の移動が抑制される。この場合、経時に伴い微粒子１４１が一方の電極側に偏在し、電子の移動量が減少することを抑制することができる。これにより、発電量の安定化を図ることが可能となる。
　また、本実施形態によれば、例えば中間部１４は、第１電極１１の上に設けられ、固体の不導体層１４２を含んでもよい。また、第２電極１２は、不導体層１４２の上に設けられ、第１電極１１とは異なる仕事関数を有してもよい。この場合、不導体層１４２の代わりに溶媒等を用いた場合に比べて、電極間の距離（ギャップＧ）を維持するための支持部等を設ける必要がなく、支持部等の形成精度に起因するギャップＧのバラつきを除くことができる。これにより、発電量のバラつきを抑制することが可能となる。
　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１　　　　：熱電素子
１１　　　：第１電極
１２　　　：第２電極
１４　　　：中間部
１５　　　：第１基板
１６　　　：第２基板
１７　　　：封止材
２　　　　：二次電池
３　　　　：熱媒
３ｆ　　　：第１熱媒
３ｓ　　　：第２熱媒
４　　　　：回路基板
５　　　　：充電回路
５１　　　：整流回路
５２　　　：平滑回路
５３　　　：電圧リミッタ
６　　　　：制御部
１００　　：発電機能付二次電池
１４０　　：空間
１４１　　：微粒子
１４１ａ　：被膜
１４２　　：不導体層
１４２ｓ　：溶媒
Ｇ　　　　：ギャップ
Ｒ　　　　：負荷
Ｚ　　　　：第１方向
Ｘ　　　　：第２方向
Ｙ　　　　：第３方向

Claims (6)

  1. 　熱電素子を利用した発電システムであって、
    　互いに異なる仕事関数を有する一対の電極を含み、電極間の温度差を不要とする前記熱電素子と、
    　前記熱電素子の発電に基づき充電される二次電池と、
    　前記熱電素子を介して充電される前記二次電池の充電条件を制御する制御部と、
    　を備えること
    　を特徴とする発電システム。
  2. 　前記熱電素子は、前記一対の電極の間に設けられ、微粒子を内包する不導体層を含む中間部を含み、
    　前記不導体層は、前記一対の電極を支持すること
    　を特徴とする請求項１記載の発電システム。
  3. 　前記一対の電極は、外気以上の温度を示す熱媒に挟まれること
    　を特徴とする請求項１又は２記載の発電システム。
  4. 　前記二次電池は、駆動部と電気的に接続され、
    　前記熱電素子は、前記駆動部と電気的に離間すること
    　を特徴とする請求項１～３の何れか１項記載の発電システム。
  5. 　前記二次電池及び前記熱電素子は、駆動部と電気的に接続され、
    　前記制御部は、前記二次電池及び前記熱電素子から、前記駆動部に供給される電力の条件を制御することを含むこと
    　を特徴とする請求項１～３の何れか１項記載の発電システム。
  6. 　前記熱電素子は、それぞれ独立して前記二次電池と電気的に接続された複数の素子を含み、
    　前記制御部は、前記二次電池と、複数の前記素子との電気的接続関係を、前記充電条件として制御することを含むこと
    　を特徴とする請求項１～５のうち何れか１項記載の発電システム。
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US20210050801A1 (en) * 2019-08-12 2021-02-18 Sierra Nevada Corporation Compact energy conversion system

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