髙松 智寿

カルシウムイオン電池用の負極材料の創出

カルシウムイオン電池正極材料の開発

本研究は，シリサイド系材料CrSi2に着目し，排熱として捨てられる熱エネルギーを効率良く電気エネルギーへと変換可能な優れた熱電材料の開発を目指すものである．熱電材料の高性能化には電気特性を表す出力因子PFの増大と熱伝導率の低減の両立が重要である．CrSi2は優れたPFを有しているが熱伝導率が大きいことが課題であり，これまで様々な単元素置換による性能の向上が試みられてきたが，その両立は困難であった．そこで我々は重元素を共置換した(Cr1-xNbx)(Si1-yGey)2を合成することで，出力因子の増大と熱伝導率の低減を両立できることを見出し，熱電材料の性能を示すZTが無置換に対して80%も向上させることに成功した．この向上率は現在までの報告の中で最大のものであり，他の重元素の共置換の組合せでさらなる向上が望める.

熱電の分野では用いられていないソフト化学プロセスを駆使した材料開発により，熱伝導率を低減し，ZT=1を超える高性能なC40型シリサイド系熱電材料の開発を目指す．従来の熱エネルギーではなく化学エネルギーを利用するため，従来は不可能であったCrSi2への元素置換（Mo, Ge）が可能になり，その結果，高出力因子，低熱伝導率の実現が期待される．また，性能指数ZTの最大値を低温域へと最適化することで，ZT=1を超える性能を有し，Bi2Te3に代わる高性能な熱電材料の開発を目指す。

熱電の分野では用いられていないソフト化学プロセスを駆使した材料開発により，熱伝導率を低減し，ZT=1を超える高性能なC40型シリサイド系熱電材料の開発を目指す．従来の熱エネルギーではなく化学エネルギーを利用するため，従来は不可能であったCrSi₂への元素置換（Mo, Ge）が可能になり，その結果，高出力因子，低熱伝導率の実現が期待される．また，性能指数ZTの最大値を低温域へと最適化することで，ZT=1を超える性能を有し，Bi₂Te₃に代わる高性能な熱電材料の開発を目指す。

新しい熱電変換材料の候補として、遷移金属ケイ化物CrSi₂が注目を浴びている。この材料は高い出力因子を有するため、Bi-Te系材料に代わる熱電変換材料となる可能性がある。しかし、熱伝導率が高いために目標とする性能を発揮するには至っていない。そこで、この問題を克服するためにソフト化学という手法を導入した。熱伝導率の低減には同族の重元素Mo,W置換が効果的であるが、従来のアーク溶解のような高温合成プロセスでは高温相MoSi₂、WSi₂の結晶構造が異なるために固溶体の合成ができない。しかし、室温近傍の緩和な環境下で化学エネルギーを利用した物質合成プロセスであるソフト化学を用いれば、低温では同じ結晶構造をとるために、Mo,Wが固溶したCrSi₂を合成する。以上のように、高温合成では得られない準安定な物質の合成が可能となり、新しい熱電変換材料の合成において大きなブレークスルーになるものと期待できる。

現在、世の中では熱が多量に廃棄されており、この廃熱エネルギーのリサイクルが重要視されている。そこで、熱エネルギーを電気エネルギーに変換できる新規な熱電変換材料の探索を行う。