[发明专利]热电转换材料、热电转换组件和热电转换材料的制造方法

说明书

提供无量纲品质因数ZT高的热电转换材料、热电转换组件和热电转换材料的制造方法。本发明涉及的热电转换材料(1)具有：具有包含Yb、Co和Sb而成的方钴矿型晶体结构的多个多晶晶粒(11)、和存在于相邻的上述多晶晶粒(11)之间、具有O相对于Yb的原子比超过0.4且小于1.5的晶体(13)的粒间层(12)。本发明涉及的热电转换材料的制造方法包括：称量工序(S1)、混合工序(S2)、将上述原材料的熔液利用液体急冷凝固法进行急冷凝固而制作带的带制作工序(S3)、在调节了氧浓度的非活性气氛中进行热处理的第一热处理工序(S4)、在还原气氛中进行热处理的第二热处理工序(S5)和在非活性气氛中进行加压烧结而制造上述热电转换材料(1)的加压烧结工序(S6)。

技术领域

本发明涉及热电转换材料、热电转换组件和热电转换材料的制造方法。

背景技术

当前，从火力发电站等大型发电系统、钢铁相关的炉、垃圾焚烧炉、用化石燃料能量行驶的汽车等排放出大量的热能。所排放出的一部分热能作为供给热水、供暖的热源等利用，但大部分未被利用而舍弃。未被利用而舍弃的余热能被称作未利用余热能等。如果能够将未利用余热能有效地利用·回收等，则导致整个社会系统的能量消耗的减少，能够大大地贡献于解决能源问题、全球变暖等环境问题。

将热能转换为电能的热电发电系统因在未利用余热能的再资源化这方面的意义而受到关注。热电发电系统是使用了热电转换组件的发电系统，该热电转换组件具备多个将具有电子作为载流子的n型热电转换材料、和具有空穴(hole)作为载流子的p型热电转换材料经由导电材料而连接的元件。在热电转换组件的一者与另一者之间产生温度梯度时，在n型热电转换材料中高温区域的电子被活化(动能增加)，电子向低温度区域传导而产生热电动势，高温侧成为高电位。另一方面，在p型热电转换材料中，高温区域的空穴被活化，空穴移动至低温区域而产生热电动势，低温侧成为高电位。将n型热电转换材料和p型热电转换材料经由导电材料连接时，电流在它们之间流动(也称作塞贝克效应)，就像一类电池一样。热电发电系统供给如此得到的电能。

也就是说，热电转换组件中使用的热电转换材料进行基于固体的直接能量交换，没有排放二氧化碳，也不需要使用氟碳气体等制冷剂进行冷却。因此，作为与环境共生的能源技术，近年来，正在重新认识其价值。

与热电转换材料有关的技术例如在非专利文献1～3和专利文献1中揭示。

在非专利文献1中，报道了Ba_xR_yCo₄Sb₁₂(R＝La、Ce和Sr)的多晶双成分填充方钴矿的低温输送特性。

在非专利文献2中，报道了合成具有多种共填充材料Ba、La和Yb的方钴矿CoSb₃，在850K实现了非常高的热电品质因数(无量纲品质因素)ZT＝1.7。

在非专利文献3中，报道了对于高性能n型Yb_xCo₄Sb₁₂(x＝0.2～0.6)填充方钴矿进行研究时，Yb_0.3Co₄Sb₁₂在850K下的最大ZT为1.5。予以说明，在非专利文献3中，有如下记载：为了得到上述生成物，在750℃进行了168h(7天)的退火的主旨。另外，在非专利文献3中，有如下记载：退火后进行粉末X射线衍射分析(Powder X-ray diffraction；XRD)，结果生成了Yb₂O₃、YbSb₂。

另外，在专利文献1中，记载了一种填充方钴矿系合金的制造方法，其特征在于，将包含稀土金属R(其中，R为La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Yb中的至少一种)、过渡金属T(其中，T为Fe、Co、Ni、Os、Ru、Pd、Pt、Ag中的至少一种)、金属锑(Sb)的合金原料熔化，将其熔化物(熔液)通过条铸法进行急冷凝固。