低温熱源で動作する有機熱電モジュール、ヒートシンクは不要：組み込み開発ニュース

産業技術総合研究所は、低温熱源に設置するだけで動作する「自然冷却型有機熱電モジュール」を開発した。強制冷却をしなくても測定データの無線通信に必要な電力を得られるため、コストとエネルギーを削減する。

[MONOist]

　産業技術総合研究所（産総研）は2020年1月21日、100〜120℃の低温熱源に設置するだけで測定データの無線通信に必要な電力を供給できる「自然冷却型有機熱電モジュール」を発表した。IoT（モノのインターネット）向け自立型電源としての利用を見込んでいる。

　開発した熱電モジュールは、温度差を電気に直接変換できる熱電材料のうち、有機材料を用いた有機熱電材料を利用している。大きさは22×22×5mmで、重さは約5gだ。

自然冷却型有機熱電モジュールと無線通信モニタリング画面 出典：産総研

　内部は、厚さ50μmの有機熱電材料PEDOT（ポリ（3,4-エチレンジオキシチオフエン））／PSS（ポリスチレンスルホン酸）膜100枚と厚さ5μmの導電部材のニッケル（Ni）箔99枚を、厚さ5μmの絶縁性高分子膜（ポリイミドフィルム）で挟んだ積層構造となっている。モジュールの設計と熱源との接触を工夫することで、電気抵抗を増やさずに熱抵抗を大きくし、モジュールに伝わる熱効率を向上することに成功した。

熱電モジュールの内部構造 出典：産総研

　実証実験では、熱源温度120℃で熱電モジュールに50℃の温度差を作り、約60μW／cm²の出力密度を得た。この電力を利用して無線送信機器から温度と湿度のデータを送信し、スマートフォンでモニタリングできることを確認している。これまでのように、モジュールに十分な温度差をつけるために放熱フィンやヒートシンクで強制冷却する必要がないので、コストとエネルギーを削減できる。

電気抵抗と熱抵抗の最適化設計指針 出典：産総研

　なお、同熱電モジュールは、新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の「未利用熱エネルギーの革新的活用技術研究開発」プロジェクトにおいて開発した。NEDOと産総研は引き続き、有機熱電材料の特性やモジュール構造を改良し、より低温の熱源で使用できる有機熱電モジュールの設計開発を進めていく。