【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］

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/

原発に頼らないようになるといいなぁ

　


最近このネタ多いな。
こんなもん宇宙開発の原子力電池位しか使い途無いかもな。


　

発電より送電ロスの方は改善してんの？
いまだに銅線やろ？

キャンプファイヤーの火に突っ込んで、スマホを充電するグッズは見たことがある。
��くて買う気はしなかったけど。

日本語がひどすぎ。中学生の英文和訳レベル。

熱エネルギーから電気エネルギーに変換なんて、所詮は発電のおまけだからな。
発電の主流になることが有り得ないだろうという代物。

これは湯沸かし器がガスから電気になるわ

>>2
原発でも核融合なら問題ない訳だが
実用化にはまだまだ先ってだけで

この手のやつは今までごまんと見た
実用化されない限り絵に描いた餅なんだよねえ・・・

>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
いや、材料よりも30テスラという磁場をなんとかしてくれ

元々ゼーベック効果は効率悪いんだよ

特殊な研究室・環境でしかできない→くだらんニュースってことだね

あー、なんか期待できなさそう…

エネルギー効率60%越えか、エネルギー増倍率が２を越えたら記事にしてくれ

車に使えれば、オルタネータが不要になるな。
そうなれば燃費も良くなるし、静粛性も上がる。

猫のベッドの下において

30テスラを高温中で維持出来る磁石が存在しない

熱電発電
なんか読みづらい

5倍の効率という表現方法になんか不安を感じるんだよな。1超えたらどうしようという・・・

>>16
18
オイルパンには鉄粉集めの磁石があって高温で外は走行中は冷たい

実用化には程遠いレベルだな

得られる電力より環境を整えるのに必要な電力の方がはるかに大きいという落ち

>>1
・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

発現条件が厳し過ぎて意味ねーｗ

トポロジカル半金属より磁場の方が効率に与える影響が大きいのでは？
記事からはトポロジカル半金属が有用な理由が分からん

磁界を作る為に電気エネルギーを消化して得るのが５倍って・・・
おい

>>12
効率より値段だろう、無音発電機には使えそう、
市販の燃焼系エンジンの発電機は恐ろしくうるさくて使い物にならん

高磁場と高エネルギーだと核融合を連想してしまう。

トポロジカル半金属って2016年にノーベル賞取ったやつ?

>>1
人が近寄れないほどの磁場の中に
燃焼設備をおくことになるのか。
原発よりはましだが、いつになるのか？

ガソリンエンジンの熱効率が１００パーセントに近づけば、
50ccのエンジンに１０リットルのタンクで、普通車が５００キロぐらい
走るようになるのかしら？

ベルチェにもできるなら冷却手段として有望かもしれんな

>>1
強磁場を作るのにエネルギー要るんだから意味ねーだろ

いつもの事だが実用化できるかどうか？

お湯沸かしてタービン回しているからな

何時も通りのおまえら「使い途無い」「所詮はおまけ」「ごまんと見た」「くだらんニュース」「意味ねー」

5倍はすごいと思うけど、色々めんどくさい条件があるから
まだまだだろうなあ

毎度毎度のおまえらの常套句「どうせお湯を沸かして風車を回して発電するだけでしょ」

30テスラでめちゃくちゃ強力な磁場じゃん
熱電材料の効率アップなんて磁場形成に必要な投入エネルギーで余裕で吹っ飛ぶだろ
MITの研究者ってもっと優秀だと思ってたが使えないやつもいるんだな

熱エネルギーから電気エネルギー　ゼーベック効果
電気エネルギーから熱エネルギー　ペルチェ効果

その強い磁場を作るための電力は、どこから融通するの？

プリウスがリッター100kmぐらいは走るようになるってこと？

30テスラではなあ・・

時間の問題
人類が 安価なエネルギーを 手にいれるのは

猫にバターを塗ったトーストを後ろ向きに張り付けて落とすと

>「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。

つまりは熱電変換の効率を上げる目的ではなく、あくまで高磁場下のトポロジカル半金属の特性測定が目的だろう
特性を知るために、熱電発電素子としてモデル化したと
スレタイの「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」はミスリード

>>2
重要なのは発電力ではなくいかにそれを貯めるかの技術。
それと>>1は、「でも今のところ出来ない」っつってるよ

仮に原発より優れたもん出ても殺されて潰されるんだろ

磁場発生でどれだけ電気つかうの

面白そうな分野だからトポロジカル材料やってる人がうらやましい
磁場と電子の角運動量かね

やっぱ水一杯から街の千年分の電力を湧き出させる核融合のがロマンあるｗ

薄い層状にして磁性体とトポロジカル半金属をミルフィーユにしたら面白いことが起きそう

発見されたばっかだからどんどん良いのが見つかるかもね
お湯厨がまとめて消えればいいなぁ

原発の廃棄処理だって
地下１０００ｍに埋めたら問題ないんだぜ。

熱から直接電気に効率よく変える方法が開発できたらいいのにな

>>54
ソウルなら野ざらしでOKです

>>53
> 発見されたばっかだからどんどん良いのが見つかるかもね
いやこういうのは昭和のサンシャイン計画の大昔からあるよMHD発電とかな

> お湯厨がまとめて消えればいいなぁ
消えないだろう、そもそもそれ言ってるのごく少数だと思う。一桁どころか片手で数えるほどだろうよ
2，3人だとしても驚かない。そういうのはカルト的に超頑固だから簡単には消えない

ほーそんな大昔からトポロジカル半導体の熱電変換てやってたんですか

これでもお湯を沸かしてタービン回すのが効率良いんでしょ

>>58
こういうのは、と言ってる。当然スレタイのようなという意味に他ならない。結局どれも物にはなってない。
蒸気タービンのが効率が良いってこった。
こういうのは、例えばいつまで車はタイヤなの？いつエアカーはできるの？みたいにケチ付けてるだけ

熱から直接電気を高効率で得られるなら地熱発電で使えるね
既存の地熱発電だと水ぶっ掛けて蒸気でタービン回して．．．で温泉が出なくなる可能性があるってことで
普及が全く進んでないけど、熱から直接なら説得しやすくなるだろうし

火山大国日本の出番やな

強力な磁場を発生させるエネルギーを差し引いたら大した事なさそうだな

某アニメのせいでＭＩＴ＝アホという先入観を持ってしまった

仕事は何もしなくても熱になって失われていくけれど、逆に熱を仕事に変えるのは難しいんだよ
すべての熱を仕事に変えることができれば永久機関が実現してしまう、つまり不可能
熱力学第二法則が述べているのはそういうこと

お湯を沸かしてタービン回して発電するのは熱を仕事を変える仕組みの中では一番効率が良い
だから原発でも何でも熱源から仕事を取り出すときにお湯を沸かすのは理にかなっている

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

>>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。

出し惜しみ

>>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

>>7
８割方熱エネルギーじゃないすか

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

>>74のとおり。
真逆の発表してて草w

>>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？

ついにフランスも高速増殖炉を

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

実用化されずに終わる系

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

熱電対

無音家庭用冷蔵庫
価格も半分だな。

そしてその電気を使ってお湯を沸かす

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