ドーピング単層カーボンナノチューブクレイに基づく最適化されたインターコネクトを持つ柔軟な有機熱電発電機
A Flexible Organic Thermoelectric Generator with Optimized Interconnects Based on Doped Single-Walled Carbon Nanotube Clays
本研究では、ドーピングされた単層カーボンナノチューブ(SWCNT)熱電クレイをベースにした柔軟な有機熱電発電機(OTEG)を調査し、そのインターコネクト構造を最適化する。p型およびn型SWCNTクレイは、それぞれTCNQとTPPをドーパントとして用いた溶液プロセスで調製され、5対の柔軟なOTEGに組み立てられた。最適化されたp型およびn型クレイは、それぞれ40.81μV K−1および-22.42μV K−1のゼーベック係数を示した。p型熱電クレイをインターコネクトとして使用した初期OTEGは、ΔT = 21 Kで最大16.47 nWの出力電力を deliver した。この熱電クレイインターコネクトを、柔軟な銅箔/銀ペーストインターコネクトに置き換えたところ、内部抵抗は約372Ωから2Ωに低下し、ΔT = 21 Kでの開放回路電圧は4.95mVから5.08mVへとわずかに増加した。最適化されたOTEGは、同一の制御された温度勾配および負荷スキャン条件下で、ΔT = 21 Kで3.08μWの出力を deliver し、これは356.36 nW cm−2の電力密度に相当する。機械的および手首装着テストにより、最適化されたデバイスの柔軟性と実用的な電圧応答がさらに示された。これらの結果は、SWCNTクレイベースの柔軟なOTEGの改善にはインターコネクトの最適化が不可欠であることを示している。
- ドーピングされたSWCNT熱電クレイを用いた柔軟な有機熱電発電機において、インターコネクトを銅箔/銀ペーストに最適化することで内部抵抗が約372Ωから2Ωに低減し、出力電力が16.47nWから3.08μW(ΔT=21K)へ大幅に向上した
- p型およびn型SWCNTクレイはそれぞれゼーベック係数40.81μV K−1および-22.42μV K−1を示した
- 最適化されたOTEGはΔT=21Kで356.36 nW cm−2の電力密度を達成し、機械的および手首装着テストで柔軟性と実用的な電圧応答を実証した
本研究成果は柔軟な有機熱電発電機(OTEG)の実用化に向けた重要な技術的進展を示している。特にインターコネクト構造の最適化により内部抵抗が約372Ωから2Ωへと大幅に低減され、出力電力が16.47nWから3.08μWへ約187倍に向上した点は、ウェアラブルデバイスやIoTセンサー向けエネルギー回収技術としての実用性を大きく高めるものであり、熱電変換分野への投資判断において注目すべき成果である。