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衣服に貼って太陽光を電気に変えるウェアラブル発電機を開発

UNIST、太陽光吸収体で新たな熱電素子技術を開発


衣服やガラス窓、建物の外壁などに貼り付けて電気を生産する「ウェアラブル太陽光-熱電発電機」が開発された。

UNIST(チョン・ムヨン総長)は新素材工学部のチェ・ギョンジン教授チームが太陽光と熱電素材を融合した新たな概念のエネルギーハーベスティング(Energy Harvesting)技術を開発したと9月21日に発表した。開発された装置は太陽光を吸収して熱くなった部分と残りの他の部分の温度差を利用する原理を用いる。この装置は温度差を20.9℃まで広げることができ発電効率を大きく高められるのが特長。

エネルギーハーベスティング技術は私たちの周辺に存在する熱や光、圧力などを利用して電気を生産することを意味し、電気を生産する素子を熱電発電機と呼ぶ。最近体温と大気の温度差を利用するウェアラブル熱電発電機の開発が活発に進められている。しかしその温度差は1~4℃に過ぎずウェアラブル熱電発電機の本格的な商用化は困難だった。

チェ・ギョンジン教授チームは温度差が小さいという問題を「光吸収システム」で解決した。柔軟な基板の中に光吸収体を薄く積み上げて太陽光を吸収し熱源として活用する部分を製造した。これにともない温度差は最大で20.9℃まで上昇した。

温度差を電気エネルギーに変える熱電材料としてはテルル化ビスマス(Bi₂Te₃)が使われた。この物質はもともと固い棒状の半導体として製造するが、ウェアラブル熱電発電機に活用するためにインクタイプで製造する例が多くなりつつある。研究チームもこの材料をインクの形態に変えて基板上に印刷した。

また研究チームはポリイミドで作った柔軟なフィルムに光吸収体(Ti/MgF₂)を薄く積み上げて基板を作ったのち光吸収体の左右にそれぞれ5組の熱電レッグ(Thermoelectric leg)を描いた。

熱電レッグは温度差で生じたエネルギーにより電流が流れる一種の半導体。10組のp-n熱電レッグで構成されたウェアラブル太陽光-熱電発電機は太陽光に露出すると、55.15mVの開放回路電圧と4.44μWの出力電力を示した。

研究に当ったチェ・ギョンジン教授は「開発された太陽光-熱電発電技術は小型のウェアラブル電子機器の自家充電技術に応用できる。ウェアラブル電子機器産業発展の触媒としての役割を果たすだろう」と話している。

研究結果は『Nano Energy』電子版に9月7日付で掲載された。





[2017-09-27]

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