ライス大学開発デバイスが熱を光に変える (Rice device channels heat into light)

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2019/7/12 アメリカ合衆国・ライス大学

(Rice device channels heat into light)

・ ライス大学が、高秩序に整列した単層カーボンナノチューブ(CNT)アレーのフィルムを利用したハイパボリック・サーマル・エミッタを開発。中赤外光(熱)をチャネリングすることで、太陽エネルギーシステムの効率性の飛躍的な向上が期待できる。
・ 同技術は、同大学が 2016 年に開発した、高秩序に整列したナノチューブによるウェハースケールのフィルムを作製するシンプルな技術がベース。今回、チップサイズの同ナノチューブフィルムにサブミクロンスケールのキャビティーをパターニングした概念実証デバイスのエミッタを作製した。
・ 高温の物体は、その表面から熱放射として広い周波数帯域幅の光を放出するが、そのような光を効率的に電気に変換するには狭い帯域幅の光であることが必要。これを実現することが本研究の課題であった。
・ 同エミッタのキャビティーが、通常では大気中に廃熱として放出される高温の熱を捕獲してその周波数帯域幅を押し縮め、電気として回収可能な光に変換する。
・ 産業におけるエネルギー消費の約 20%を廃熱が占め、これはテキサス州だけで約 3 年分の電力量に相当。熱を電気に変換する最も効率的な方法であるタービンや蒸気等の利用により 50%近いエネルギー変換効率が得られるが、運転が容易ではない。本研究では、可動部を持たないコンパクトなシステムの利用により、熱を電気に変換するタスクの簡易化を図った。
・ 最高で約1,700℃(3,092℉)の温度を耐えるナノチューブフィルムは、このようなタスクに最適。概念実証デバイスでは、最高で 700℃(1,292℉)での作動と狭帯域幅の光の放射を確認。
・ 同エミッターを標準的な太陽電池に取り入れることで、現在最大約 22%の変換効率が理論予測では 80%に達すると考える。
・ 本研究は、米国エネルギー省(DOE)の Basic Energy Science プログラム、米国科学財団(NSF)および Robert A. Welch 財団が支援した。
URL: https://news.rice.edu/2019/07/12/rice-device-channels-heat-into-light/

(関連情報)
ACS Photonics 掲載論文(アブストラクトのみ:全文は有料)
Macroscopically Aligned Carbon Nanotubes as a Refractory Platform for Hyperbolic Thermal Emitters
URL: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsphotonics.9b00452

<NEDO海外技術情報より>

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