【エネルギー】従来の5倍もの効率で熱を電気エネルギーに変換する物質が発見される［05/29］
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発電所や機械の動作で発生する熱エネルギーを効率よく電気エネルギーに変換することができれば、
大きなエネルギー効率の上昇が見込めます。
多くの研究者が高効率な発電ができる材料の研究を進めてきましたが、
MITの科学者らは高磁場の環境下で特定の材料に高熱を加えることで、
大きなエネルギーを得られることを発見しました。
Large, nonsaturating thermopower in a quantizing magnetic field | Science Advances
http://advances.sciencemag.org/content/4/5/eaat2621
https://i.gzn.jp/img/2018/05/29/high-magnetic-fields-produce-energy/01_m.jpg
New materials, heated under high magnetic fields, could produce record levels of energy
https://knowridge.com/2018/05/new-materials-heated-under-high-magnetic-fields-could-produce-record-levels-of-energy/
熱電発電とは、物体の温度差が直接電力に変換されるゼーベック効果という現象を利用して、
熱を持った物体から電力エネルギーを得る発電方法です。
物体の片面が高温、反対の面が低温の状態になると両面の間に電位差が生じて発電できるこのシステムでは、
熱を効率よく電気エネルギーに変換できる材料(熱電変換素子)が求められます。
熱電発電の実用化が現実味を持って受け入れられてから60年もの間、
世界中の研究者らは効率的な熱電変換素子を探し求めてきました。
そんな中、2018年5月25日に科学雑誌のScience AdvancesにMITの研究チームが発表した研究結果によれば、
従来の熱電変換素子よりも5倍も高い効率で発電可能な熱電変換素子が発見されたとのこと。
熱電変換素子は2種類の異なる金属や半導体を接合し、
両端に温度差を生じさせて高温側の電子を低温側に移動させ、電圧を発生させています。
ほとんどの材料において、電子は一定の範囲(バンド)にしか存在することができず、
電子が移動する時にはバンドギャップと呼ばれる電子が存在できない領域を飛び越える必要があります。
MITの研究者であるブライアン・スキナー氏とリャン・フー氏は、
トポロジカル半金属と呼ばれるバンドギャップがない特殊な物質群の性質について調査しました。
トポロジカル半金属にはバンドギャップが存在しないため、
高温側にある電子は簡単に冷温側へ移動することができます。
研究室内で人工的に作られるトポロジカル半金属は電子の移動が簡単な一方で、
物質内を移動する自由電子の数が少ないことから、大きな熱電ポテンシャルがないと考えられていました。
スキナー氏とフー氏は、
「強い磁場にさらされた状態でトポロジカル半金属がどのような特性を示すのか？」という点に興味を持ち、
温度と磁場を変えつつトポロジカル半金属の熱電性能をモデル化する実験を行いました。
すると、鉛・スズ・セレンの化合物であるトポロジカル半金属について、
従来の熱電変換素子を大きく上回る熱電性能を有していることが判明したとのこと。
鉛・スズ・セレンからなるトポロジカル半金属は、
約30テスラ(一般的なMRIは約2〜3テスラで動作する)という強い磁場の環境下で約200度ほどに加熱すると、
熱電変換素子の評価単位である「ZT」が10という高い値を記録しました。
これまで最も効率がよいとされた熱電変換素子でもZT＝2程度であり、
スキナー氏らは一気に従来の5倍もの熱電変換効率を持った材料を発見したことになります。
鉛・スズ・セレンからなるトポロジカル半金属は磁場にさらされると、
電子が熱い側から冷たい側へ移動するのに加え、
「正の電荷を持った電子と同じ振る舞いをする正孔が冷たい側から熱い側へ移動します。
電子と正孔のはたらきによって熱が電力に変換されるため、
「原理的には磁場を強くするだけで電圧が得られます」とスキナー氏は語っています。
残念ながら30テスラという非常に強い磁場は、特殊な研究室といった環境でしか作り出せない上に、
変換効率を保つためにトポロジカル半金属には高い純度が求められるとのこと。
スキナー氏らは「今回実験したトポロジカル半金属以外にも、さらに優れた材料がある可能性は高い」と語っており、
さらに効率のいい物質が見つかるだろうとしています。
また、やがて3テスラ程度の比較的簡単に発生させられる磁場のもとで、
高い熱電変換効率を持たせられるように研究を進めていくと研究チームは述べました。
GIGAZINE
https://gigazine.net/news/20180529-high-magnetic-fields-produce-energy/ エネルギー投入無しに効率アップならまだしもこれって従来の5倍といっていいのか? 素子単体での変換効率の話であって、システムとしての効率の話はしてないので問題ないでしょ 発見で製品化されるのは０．１％
それでも発見しなければゼロ
失敗は成功の母・・・・ちがう？ 成功の元？
>>64
宇宙人を捜してる、女１人男３人のグループですか？ CPU GPU HDDから発散される熱を電気に変えて電源に入力してくれるクーラー、はよ。 >>70
発電効率がそれなりでも、冷却効率の高い素子なら十分有用だよな お前らアホだろ。
これはホール効果によるホール電圧を
熱起電力と誤認してる可能性大のなんちゃって研究だわ。
磁場を加えたら電子の軌道はローレンツ力で円運動しようとするから
衝突散乱により運動エネルギーが落ちて熱拡散もしにくくなる。
よって熱起電力も低下するはずなんだよ。
アホすぎて笑える。 >>74
元の論文読んだなら筆者に直接言えばいいと思います >>65
頭悪い
原発は効率30％しかない
一方1700℃の熱を使えるガスタービンは効率60％近い 人類のテクノロジーを詰め込んだ最新鋭の原潜や原子力空母だって蒸気タービン駆動なのよね
それも知らんと未だにお湯沸かすのはとか言うアホには参る 最新鋭艦船だから最新鋭動力？最高効率？
頭浮いてんじゃね？
蒸気タービンは高温で使えないから効率上げられないんだよアホ >>78
アホはお前w
関係ないことばかり言ったところで最新の技術が詰まった原潜に使われてるのは変わらない >>80
蒸気の熱でどうやって効率上げられるって？
理系なら理解できる >>78
> 最新鋭艦船だから最新鋭動力？最高効率？
現在で最新のテクノロジーを使った動力なのは確かですがｗ最高効率などとは言ってないｗ
ほんと馬鹿はこれだからｗ
> 頭浮いてんじゃね？
お前がなｗ
> 蒸気タービンは高温で使えないから効率上げられないんだよアホ
頭悪すぎて笑うが、仮にそうだとしてそれが何か？先にも言ったとおり効率の話とか言ってないし関係ないんですが？
問題は現代の最新の技術と人類の英知を盛り込んだ結晶かどうかであってねｗ
効率とか言うなら100年前のモーターの方がはるかに高効率ですわｗ、
さらに言えば原発はもちろん、未だ出来ない未来のエネルギーである核融合とかはそれに準じたレベルの
効率でしか使えないだろうね。しかしだから未来の技術では無い、というキチガイはいないｗ 原子力機関が最新のテクノロジー？
枯れた技術だよ
なんでウェスチングハウスが東芝に売却され
大赤字計上し、たらい回しになってる？
だが、実用化されたと言うニュースは
ついに聞かれることが無かった こういうニュースって ネッシー発見か？とどこが違うのっと 核反応を直接電気エネルギーに変換する方法はないのか？ その強磁力と高熱を加えるために必要な電力は如何ほど？
そのために原発が必要というならシュールな話だが >>83
> 原子力機関が最新のテクノロジー？
> 枯れた技術だよ
はあ？枯れてないから未だ原発事故や各種問題が起きてるわけですが頭大丈夫？
> なんでウェスチングハウスが東芝に売却され
技術的に未熟で枯れてないからでしょアホかとｗ
枯れているなら普通は安定しているよｗ
何でもそうだ、現代社会で使われてる物で枯れてる物ほど業態は安定する
まあ、その手の話は話をそらしてるだけで、技術の粋を集めた最新鋭の原潜が蒸気タービンなのは変わらんけどねｗ
しかしまあ、お湯を沸かすとか言う奴って本当に頭沸いてるんだなｗこんなことまでして蒸気タービンを叩きたいのかねｗ
頭狂ってると思うｗ >>90
枯れた技術って意味も知らんのか？
理系の知識も文系の知識も持ち合わせてないんだな
蒸気タービンの熱効率がどう逆立ちしてもガスタービンやディーゼルに追いつかない
高コストだから商船で使われることはなく、コスト度外視の軍艦にしか採用されない
原潜だから最新鋭
その動力が原子力だからって、原子力起案が最新鋭だとか
ロジックが通用しない
犬は4本足、4本足は馬、だから犬は馬であると言ってるのと同じ そもそも>>65が熱効率自慢したくせに
間違ったことを認めないで最新鋭だとか論点逸らしてまったくアホの行動心理そのまんまだな >>12
蒸気タービン発電と違ってゼーベック素子は機械的磨耗はないから、
メンテフリーを実現できるなら多少効率が低くても用途はありそうだけどな。 >>2
崩壊熱で発電だぜ。
核廃棄物貯蔵施設で延々と発電出来る。
原子力始まったかもｗ >>93
そうそう
30W5万円の奴でも
20万個使えば6000ｋWでたった100億円
配管レスの原子炉と合わせりゃ
潜水艦にぴったり 火山が永久電力として使用される日も近いのか
脱石油、脱ガソリン、脱化石燃料へ向けて日本でもオール自然電化の将来が来るか >>1
医療診断MRIの10倍の磁場が必要
発電装置のために逆に発電所のエネルギーが必要になりそう 非常に特殊な環境下でしか実現できない。まだコスト高だ。 てっきり高磁場で作ったら高効率なヤツが出来たよーって話かと思ったら
高磁場という環境下で高効率なのか
ガッカリ感半端ない、てかスレタイ日本語不自由か >>91
> 枯れた技術って意味も知らんのか？
知ってるよ、アホｗ俺の言うとおりなので返事ができないなら黙ってろ、クズｗ
> 理系の知識も文系の知識も持ち合わせてないんだな
こんなの理系とか文系とか言うレベルの知識じゃないからｗ本当に笑うｗ
> 蒸気タービンの熱効率がどう逆立ちしてもガスタービンやディーゼルに追いつかない
だから効率は関係ない、言ってもいない、どうしてそこまで頭が悪いのｗ
大体において、そんな事は関係なく最新の原潜は蒸気タービンで今後もずっとそうなんですがねｗ
ああ、そう言う意味では蒸気タービンは最高の効率、とは言えるかもなｗ
つまり安全性やコストや信頼性があるうちでは最高の効率、という意味だがな
原潜を蒸気タービン以外のやり方で、信頼性もコストも両立した上で、さらに効率が上なのは現在ないからねｗ
> 原潜だから最新鋭
事実ですよｗ
事実を言ったからっていちいち反論とか悲しいねｗ
そんなに原潜が蒸気タービン使ってるのが気に入らないですかねｗお湯を頭で沸かしそうな人は本当に悲しいねｗ >>92
ま、65は俺じゃ無いし、俺は正しい事しか言ってないんでねｗ
お前の頭で湯を沸かしそうな笑い話は、結局の所、なんでいつまで経っても自動車はタイヤなのとか、
いつまで傘は棒の先に布やビニールつけてるだけで進化しないの？と言ってるようなもんｗ 誰の発言であっても原発は効率30％止まりで限界
いくら最新鋭艦船に搭載されてるからと言っても、熱効率はしょぼい
当たり前のことを言ってる
最新鋭だから何？効率しょぼいのが自慢になるか？ぷげらっちょ >>108
> 誰の発言であっても原発は効率30％止まりで限界
核融合だってそんなもんでしょうよｗ
だから未来の技術では無いとか、駄目な技術であるとか言うアホはいないｗ 物凄く効率が悪いけど、これに電圧かけて片方がキンキンに冷たくなったのはビビったわｗ
（もう片方はすっげー熱くなるので放熱用シリコン接着剤でアルミ板に放熱する）
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-00486/
電源を切ると途端に冷たい面に熱が伝わってきて熱くなるのが面白かった 原子炉は燃料効率が通常燃料と隔絶した高効率だから
長い間燃料補給不要というのが大きいんだよな 1行目が意味不明だし
1行目と2行目に論理的関連性がゼロ
頭悪すぎ >>111
最近の原潜は廃艦まで燃料交換なしだもんなぁ。
さすがに核分裂と化学エネルギーでは桁が違う。 ロータリースターリング発電機作った方が早いんじゃない >>88
核分裂させれば原子核の周りの電子が余るはず
その電子を流せばいいねw なんだかおもしろそうなことやってるなぁ(●´ω｀●)
わぃら一般人はは５０年前から時が止まっとるでぇｗ いやいや30テスラ発生させんのにどんだけの電力必要やおもてんねん…(´・ω・｀) その素子の発電量より励磁で必要な電力量の方が明らか多いな >>118
最近はスピントロニクスが発達してこれまで不可能だった熱の整流素子とか開発されてきた
今後数十年でエネルギー効率は飛躍的にアップすると見込まれてるよ >>119
そういう永久磁石の磁力回路作れば電気無しでよくね? >>122
永久磁石には限界がある
ネオジムで1テスラ以下
熱に弱い性質もある
電磁石だとその限界が桁違いに大きくなる >>123
いや、ネオジウム磁石と強磁性体を組み合わせて、ごく狭い箇所だけだけど磁束密度を大幅に上げるような回路の話
直径20mmで１Tの磁石の磁力線を効率よく針の先に集めるような感じのやつ だからこれは勘違い実験濃厚だってーの。
磁場をかけたら個々の電子の軌道は曲げられるから衝突散乱が大きなって
拡散しにくくなるから熱起電力は低下する。
強力な磁場をかけたら大きなホール電圧が得られるから
それがデバイスの接続箇所から漏れて熱起電力と勘違いしてる可能性大。 ちなみに言うまでもなく
ホール電圧の方向は電子の流れと直交する方向だから
熱起電力の方向とも直交することになる。
このホール電圧を測定系が拾ってしまって熱起電力だー！
って勘違いしてるのに１兆ペリカかけるわ。 ＞直径20mmで１Tの磁石の磁力線を効率よく針の先に集めるような感じのやつ
電気なら電子の移動によって
金属の先端で電子の濃淡が作れるから強電界が作れる（ただしあまり強いと放電する）が、
磁気の磁化は電子の自由な移動によるものではないので限界がある。大電流で補助したって磁化は飽和してしまう。 磁場をかけたら電子の移動度が上がるってなら分かる。
しかし磁場はローレンツ力で電子の移動方向を曲げようとするんだから
まずそんなことはあり得ない。電子の移動は阻害される。
曲げられた結果、直交方向に電子の濃淡ができてホール電圧が発生する。
このホール電圧によってローレンツ力はだいたいキャンセルされて
電子はだいたいまっすぐ移動することができるが、それはだいたいであって
どの場所でも完全にキャンセルされるということはない。少しは阻害される。 そしてイニエスタ
歌：森山直太朗
作詞：森山直太朗/御徒町凧
作曲：森山直太朗/御徒町凧
ロナウジーニョも過ぎ去って デコもエトーもいなくなり
アウヴェスはギャラで揉めていて プジョルの髪は伸びている
バルデスとピケとブスケツが 縦のラインで骨となり
マスチェラーノはめっけ物 ケイタはまるで日本人
イムノが響くカンプノウ カタラン・カタラン・カタランと
イムノが響くカンプノウ カタラン・カタラン・カタランと
そしてイニエスタ シャビでもなくて
そしてイニエスタ メッシでもない
そしてイニエスタ 白い小さいマタドール
クライフは今も見つめてる フットボールのその先を
ペップはそれでも悩んでる ライカールトは拗ねている
イムノが響くカンプノウ カタラン・カタラン・アビダルも
イムノが響くカンプノウ カタラン・カタラン・カタランと
そしてイニエスタ ビジャでもなくて
そしてイニエスタ ペドロでもない
そしてイニエスタ シャビでもなくて
そしてイニエスタ メッシでもない
そしてイニエスタ 白い小さいマタドール
https://youtu.be/9B4_-i1JLAs 熱起電力を測定する前に
強磁場だけをかけたときにこのデバイスの電気抵抗はどう変化するのか、
まずはそこからだな。
テスラと聞くと高コストで超重いという連想をしてしまう。
大元は人の名前だけど。
>>9
核分裂も核融合も、炉心が高濃度の放射性廃棄物の塊になるのに変わりは無いけどね まあ出来なきゃどうでも良い話だけどねｗ
個人的には税金と人材とリソースの無駄遣いの方が問題と思ってるから
それに、どうせ安全面の話など顧みられる事はない 温度差だろ？
電気足りないな〜と思ったら団扇で扇げばいいだろうよ。 発電で発生した熱を温水などに利用すればエネルギーを無駄なく使える。
全てを発電させる必要性がない。
これがコージェネレーションであり、温泉など小規模施設でさえ実用化している。 ■ このスレッドは過去ログ倉庫に格納されています
