热电转换材料和使用热电转换材料获得电力的方法技术

本公开的热电转换材料具有由化学式Li

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热电转换材料和使用热电转换材料获得电力的方法
本公开涉及一种热电转换材料和使用热电转换材料获得电力的方法。
技术介绍
当对热电转换材料的两端赋予温度差时，产生与温度差成比例的电动势。热能转换为电能的这种现象，作为塞贝克效应广为人知。热电发电技术利用塞贝克效应将热能直接转换为电能。如热电转换材料的
中众所周知地，用于热电转换装置的热电转换材料的性能由性能指数ZT来评价。ZT由以下数学式(I)表示。ZT＝S2σT/κ(I)其中，S表示物质的塞贝克系数，σ表示物质的导电率，且κ表示热传导率κ。ZT值越高，热电转换效率越高。非专利文献1公开了Li3Bi晶体物质的制造方法。现有技术文献非专利文献1：Gen-TaoZhou等，“Microwave-assistedsolid-statesynthesisandcharacterizationofintermetalliccompoundsofLi3BiandLi3Sb”(微波辅助的Li3Bi和Li3Sb金属间化合物的固态合成和表征)，材料化学期刊，13，第2607-2611页，(2003)非专利文献2：C.G.VandeWalle等，“First-principlescalculationsfordefectsandimpurities:ApplicationstoIII-nitrides”(缺陷和杂质的第一原理计算：对Ⅲ-氮化物的应用)，应用物理期刊，95，第3851-3879页，(2004)。非专利文献3：Y.Koyama等，“FirstprinciplesstudyofdopantsolubilityanddefectchemistryinLiCoO2”(LiCoO2中掺杂溶解度和缺陷化学的第一性原理研究)，材料化学期刊A，2，p.11235-11245，(2014)。非专利文献4：G.K.H.Madsen等，“BoltzTraP.Acodeforcalculatingband-structuredependentquantities”(BoltzTrap.Acode用于计算与能带相关的量)，计算机物理通讯，第175卷，第67-71页，(2006)。非专利文献5：H.Wang等，在热电纳米材料编辑K.Koumoto和T.Mori，Springer，BerlinHeidelberg，第182卷，ch.1，第3-32页，(2013)。非专利文献6：J.Chen等，“First-PrinciplesPredictionsofThermoelectricFigureofMeritforOrganicMaterials:DeformationPotentialApproximation”(有机材料优点的第一原理预测：形变势近似)，化学理论与计算期刊，8，第3338-3347页，(2012)。非专利文献7：J.Yang等，“Materialdescriptorsforpredictingthermoelectricperformance”(预测热电性能的材料描述符)，能源与环境科学，8，第983-994页，(2015)。非专利文献8：SeanM.McDeavitt，“Synthesisandcastingofalithium-bismuthcompoundforanion-replacementelectrorefiner”(用于离子置换电解精炼器的锂-铋化合物的合成和铸造)，轻金属(宾夕法尼亚州沃伦代尔)，第1139-1142页(1999)
技术实现思路
本公开的目的是提供一种新型热电转换材料。本公开提供一种具有由化学式Li3-aBi1-bGeb表示的组成的热电转换材料。其中，所述热电转换材料具有BiF3型晶体结构，并且所述热电转换材料具有p型极性，并且满足以下数学式(I)～(III)中的任一个。0≤a≤0.0003、且-a+0.0003≤b≤0.108(I)；0.0003≤a≤0.003、且0≤b≤0.108(II)；0.003≤a≤0.085、且0≤b≤exp[-0.157×(ln(a))2-2.22×ln(a)-9.81](III)本公开提供一种新型热电转换材料。附图说明图1表示Li3Bi晶体结构的示意图。图2是表示Li3Bi晶体结构的衍射X射线强度分布的坐标图。图3是在a-b平面上绘制出实施例1～16和比较例1～4的点的坐标图。具体实施方式以下，参照附图说明本公开的实施方式。本公开的热电转换材料具有由以下化学式(I)表示的组成。Li3-aBi1-bGeb(I)图1表示Li3Bi晶体结构的示意图。如非专利文献1中公开的那样，Li3Bi晶体结构具有BiF3型晶体结构或AlCu2Mn型晶体结构。BiF3型晶体结构和AlCu2Mn型晶体结构这两者均属于空间群Fm-3m。在非专利文献1中，Li3Bi晶体物质没有作为热电转换材料来处理。因此，在非专利文献1中没有公开性能指数ZT。本专利技术人通过利用基于被称为材料信息学的数据科学的材料搜索方法，对于无机晶体结构数据库中的数万件化合物算出性能指数ZT的预测值。在计算中，使用了本专利技术人独自确立的性能指数ZT的预测模型。该预测模型比以往方法的精度高。因此，通过使用该预测模型，能够得到比以往更可靠的预测结果。因此，本专利技术人研究了迄今为止未被作为热电转换材料处理的Li3Bi晶体物质是否有望作为热电转换材料。在Li3Bi晶体物质不含缺陷的状态下，Li3Bi晶体物质缺乏载流子。因此，无法期待没有缺陷的Li3Bi晶体物质具有高的性能指数ZT。因此，本专利技术人为了提高性能指数ZT，进行了向Li3Bi晶体物质引入缺陷，从而生成p型载流子的研究。结果，本专利技术人终于想到了具有通过用空穴置换Li位点而产生的缺陷的物质、以及具有通过用元素Ge置换Bi位点而产生的缺陷的物质这2种物质。本专利技术人通过计算，导出了可稳定得到仅为Li3-aBi1-bGeb晶体物质的a和b的值的范围。而且，通过在该范围计算性能指数ZT，本专利技术人发现了能够获得0.4以上的高性能指数ZT的a和b的值的范围。具体而言，如后述的实施例1～16和比较例1～4中证实的那样，在满足以下数学式(I)、(II)和(III)中的任一个的情况下，热电转换材料具有0.4以上的高性能指数ZT。0≤a≤0.0003、且-a+0.0003≤b≤0.108(I)0.0003≤a≤0.003、且0≤b≤0.108(II)0.003≤a≤0.085、且0≤b≤exp[-0.157×(ln(a))2-2.22×ln(a)-9.81](III)具体而言，在a和b的值的上述范围内，性能指数ZT的值为0.42以上。请参照表1。(制造方法)以下基于非专利文献1和非专利文献8的公开内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热电转换材料，具有由化学式Li

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180723 JP 2018-1376951.一种热电转换材料，具有由化学式Li3-aBi1-bGeb表示的组成，
其中，
所述热电转换材料具有BiF3型晶体结构，
所述热电转换材料具有p型极性，并且
满足以下数学式(I)～(III)中的任一个：
0≤a≤0.0003、且-a+0.0003≤b≤0.108(I)；
0.0003≤a≤0.003、且0≤b≤0.108(II)；
0.003≤a≤0.085、且0≤b≤exp[-0.157×(ln(a))2-2.22×ln(a)-9.81](III)。


2.根据权利要求1所述的热电转换材料，
0.0003≤a≤0.085、且b＝0。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：玉置洋正，菅野勉，佐藤弘树，
申请(专利权)人：松下知识产权经营株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP