热电转换材料、具有该热电转换材料的热电转换装置、热化学电池、以及热电传感器制造方法及图纸

本发明专利技术提供显著增加赛贝克系数的热电转换材料、具有该热电转换材料的热电转换装置、热化学电池以及热电传感器。本发明专利技术的热电转换材料具有：氧化还原对；以及在低温条件下选择性地仅捕捉所述氧化还原对中的一方且在高温条件下将其释放的捕捉化合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热电转换材料、具有该热电转换材料的热电转换装置、热化学电池、以及热电传感器
本专利技术涉及一种热电转换材料、具有该热电转换材料的热电转换装置、热化学电池、以及热电传感器。本申请基于2016年3月9日在日本申请的日本特愿2016-046309号并要求优先权，其内容援用于本文。
技术介绍
为了将废热等的微小能量转换为电力，热电转换材料近年来受到关注。其中，作为移动设备等的能量源，期待一种薄且效率高的热电转换材料。然而，以往的合金类热电转换材料存在热传导性高、赛贝克系数(Se)低的缺点。因此，近年来，作为一种热电转换材料的热化学电池受到关注(非专利文献1)，该热电转换材料使用了能氧化还原的离子的溶液。以往的固体热电合金的赛贝克系数(Se)约为0.2mV/K，相对于此，热化学电池的赛贝克系数(Se)具有高一个数量级的值，期待能以低成本制造。例如，在由I-和I3-构成的热化学电池中，通过氧化还原平衡形成的平衡电位因在高温和低温条件下产生偏移而产生电位。已知其赛贝克系数约为600μV/K，比合金类热电转换材料高。然而，存在电解质的传导性较低的问题。需要进一步提高赛贝克系数(非专利文献2)。现有技术文献非专利文献非专利文献1：西奥多J.亚伯拉罕(TheodoreJ.Abraham)等，“用于收集热能的高赛贝克系数氧化还原离子液态电解质(HighSeebeckcoefficientredoxionicliquidelectrolytesforthermalenergyharvesting)”，能量与环境科学(Energy&EnvironmentalScience)，(英国)，2013年，第6卷，p.2639-2645；非专利文献2：西奥多J.亚伯拉罕(TheodoreJ.Abraham)等，“离子液体中的塞贝克系数-热电化学电池的前景(Seebeckcoefficientsinionicliquids-prospectsforthermo-electrochemicalcells)”，化学通讯(ChemicalCommunications)，(英国)，2011年，第47卷，p.6260-6262。
技术实现思路
专利技术所要解决的问题为了解决上述的问题，作为提高赛贝克系数的新方法，本专利技术着眼于能够在低温条件下选择性地仅捕捉氧化还原对中的一方且在高温条件下将其释放的捕捉化合物。作为氧化还原对为碘化物离子(I-)和三碘化物离子(I3-)的情况下的具体例，着眼于主-客体化学(host-guestchemistry)，例如，通过在电解液中加入环糊精，从而在低温条件下I3-被环糊精捕捉，而在高温条件下I3-被释放，因此，氧化还原的平衡电位偏移较大。由此，其目的在于，提供一种提高赛贝克系数且提高热电转换效率的热电转换材料。解决问题的技术方法本专利技术发现，通过在电解质中添加在低温条件下选择性地仅捕捉氧化还原对中的一方且在高温条件下将其释放的捕捉化合物，能够使赛贝克系数比以往的热电转换材料更高。本专利技术发现，在由碘化物离子和三碘化物离子构成的热化学电池的具体例的情况下，通过添加在低温条件下捕捉三碘化物离子且在高温条件下将其释放的环糊精，从而能够将赛贝克系数(Se)提高至2mV/K左右。本专利技术如以下的[1]～[11]所述。[1]一种热电转换材料，其特征在于，具有：氧化还原对；以及捕捉化合物，该捕捉化合物在低温条件下选择性地仅捕捉所述氧化还原对中的一方且在高温条件下将其释放。[2]如[1]所述的热电转换材料，其特征在于，所述捕捉化合物是从由环状化合物及螺旋状化合物组成的组中选出的至少一种以上。[3]如[1]或[2]中任一项所述的热电转换材料，其特征在于，所述捕捉化合物是在低温条件下自组装的分子。[4]如[1]或[2]中任一项所述的热电转换材料，其特征在于，所述捕捉化合物是形成包合物的主体化合物。[5]如[1]或[2]所述的热电转换材料，其特征在于，所述捕捉化合物是从由环糊精、淀粉(直链淀粉)、聚乙烯吡咯烷酮以及聚氧化乙烯组成的组中选出的一种以上。[6]如[1]～[5]中任一项所述的热电转换材料，其特征在于，所述氧化还原对是从由碘化物离子与三碘化物离子、亚铁氰化物离子与铁氰化物离子、以及三联吡啶钴(II)与三联吡啶钴(III)组成的组中选出的一对。[7]如[1]～[6]中任一项中所述的热电转换材料，其特征在于，还包含使所述捕捉化合物在低温条件下自组装的电解质。[8]一种热电转换装置，其中，具有[1]～[7]中任一项所述的热电转换材料以及一对电极。[9]如[8]所述的热电转换装置，其特征在于，所述一对电极被设定为不同的温度。[10]一种热化学电池，其特征在于，包括[8]或[9]所述的热电转换装置。[11]一种热电传感器，其特征在于，包括[8]或[9]所述的热电转换装置。专利技术效果根据本专利技术，通过在电解质中添加在低温条件下选择性地仅捕捉氧化还原对中的一方且在高温条件下将其释放的捕捉化合物，能够使赛贝克系数比以往的热电转换材料更高。特别是，通过在由碘化物离子和三碘化物离子构成的热化学电池中添加环糊精，能够使赛贝克系数提高至2000μV/K左右。附图说明图1是表示具有本专利技术的热电转换材料的热电转换装置的概念图。图2是表示通过α-环糊精选择性地包合I3-的概念图。图3是表示通过添加α-环糊精(α-CD)从而在低温侧第一电极附近选择性地包合I3-的概念图。图4是表示α-环糊精的添加浓度([α-CD]0)与I3-的添加浓度([I3-]0)的比([α-CD]0/[I3-]0)和赛贝克系数(Se)的关系的图。图5是表示在包含钾离子的体系中α-环糊精和I3-的包合物进一步与钾离子自组装的概念图。图6是表示根据络合物的353nm的吸光度评价的溶液中的络合物浓度的图。图7是α-环糊精(α-CD)、β-环糊精(β-CD)、γ-环糊精(γ-CD)与I3-离子形成包合物的结合常数的阿累尼乌斯图。图8是表示作为淀粉的主要成分的直链淀粉吸入碘的概念图。图9是表示碘-淀粉络合物引起的吸光度的变化(观测波长：552nm)的图。图10是表示使用H型容器制成的实施例1的热化学电池的概念图。图11是实施例1的赛贝克系数的评价图。图12是表示添加HCl后的赛贝克系数(实线，mV/K)的图。图13是表示I3-包合引起的功率密度的增加(电解质：HCl)的图。图14是记录了加入有α-CD和电解质的电池的功率密度随时间变化的图。图15是表示添加KCl后的赛贝克系数(实线，mV/K)的图。图16是针状结晶的显微镜照片。图17是表示K[(α-CD)2-I5]的结晶结构的图。图18是表示I3-包合引起的功率密度的增加(电解质：KCl)的图。图19A是表示α-CD的浓度与I3-浓度的比和赛贝克系数(Se)的关系图。浓度条件：[CD]＝0～5mM；[I3-]＝2.5mM；[I-]＝10mM；[KCl]＝0.200mM。图19B是表示β-CD的浓度与I3-浓度的比和赛贝克系数(Se)的关系图。浓度条件：[CD]＝0～5mM；[I3-]＝2.5mM；[I-]＝10mM；[KCl]＝0.200mM。图19C是表示γ-CD的浓度与I3-浓度的比和赛贝克系数(Se)的关系图。浓度条件：[CD]＝0～5mM；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热电转换材料，其特征在于，具有：氧化还原对；以及捕捉化合物，该捕捉化合物在低温条件下选择性地仅捕捉所述氧化还原对中的一方且在高温条件下将其释放。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.09 JP 2016-0463091.一种热电转换材料，其特征在于，具有：氧化还原对；以及捕捉化合物，该捕捉化合物在低温条件下选择性地仅捕捉所述氧化还原对中的一方且在高温条件下将其释放。2.如权利要求1所述的热电转换材料，其特征在于，所述捕捉化合物是从由环状化合物及螺旋状化合物组成的组中选出的至少一种以上。3.如权利要求1或2所述的热电转换材料，其特征在于，所述捕捉化合物是在低温条件下自组装的分子。4.如权利要求1或2所述的热电转换材料，其特征在于，所述捕捉化合物是形成包合物的主体化合物。5.如权利要求1或2所述的热电转换材料，其特征在于，所述捕捉化合物是从由环糊精、淀粉、聚乙烯吡咯烷酮...

【专利技术属性】
技术研发人员：山田铁兵，周泓遥，君塚信夫，
申请(专利权)人：国立研究开发法人科学技术振兴机构，
类型：发明
国别省市：日本,JP