东京工业大学的片濑贵义副教授等人发现了一种能将热量转化为电能的不含有害物质的热电转换材料。该材料由于不使用昂贵的稀有金属，因此价格低廉。如果能以之促进目前应用范围受限的热电转换元件的普及，就可以利用工厂等场所的废热来发电，从而减少二氧化碳（CO₂）的排放量。
东京工业大学发现了一种可以将热量高效转化为电能的无害材料（供图：东京工业大学）
热电转换是通过加热金属或半导体的一部分，利用温差来发电的。该技术已在以体温发电的手表等领域得到了实际应用。然而，目前热电转换的主流方式使用对人体有害且价格昂贵的稀有金属碲的化合物材料，这种材料在废弃时费事费钱，导致普及缓慢。除此之外虽然也有使用钛氧化物的无害材料，但其热量转化电能的效率较低。
要提高热电转换性能必须制造能够温差的不易导热材料。为此，东京工业大学的片濑副教授和He Xinyi博士研究员、神谷利夫教授等人组成的研究团队重点研究了具有特殊晶体结构的、被称为“反型结构钙钛矿”的钡和硅的氧化物。
这种氧化物具有中心位置的氧离子和周围较重的钡离子以离子键弱结合的结构，因此导热性差。此外，不同于以氧离子输送发电时产生的带正电荷的空穴（电动）的钛氧化物，它是以直径约为氧离子2倍大的硅离子进行高效输送的。因此，该氧化物可以产生大量电能。
研究人员制备了大小为1厘米见方的氧化物晶体。通过实验和电脑计算发现，该晶体将热量转化为电能的热电转换效率在327摄氏度时达到了与碲化合物相当的2.1，与对人体无害但性能较低的钛氧化物相比，性能提高了3倍以上，达到了可投入实际应用的水平。
本次发现的材料由于不使用稀有金属，造价低廉，可易于广泛应用到工厂废热等各个领域。研究团队未来还将制造热电转换元件。片濑副教授表示“如果采用添加剂等手段，还可能实现更高的转换效率”。目前制备的晶体会吸收大气中的水分劣化，因此需要通过改变成分等方式进行改良。研究团队的目标是与企业合作，力争在5到10年内实现材料的实际应用。
在发达国家，60%的能源消耗以废热方式浪费掉。绝大部分废热温度在300摄氏度以下，无法用于以热量烧水产生的蒸汽来发电的蒸汽涡轮发电机。利用这种温度的废热来发电，本次发现的氧化物具有可行性。
如果对人体无害且价格低廉的热电转换元件得到普及，将使日本目前偏向火力发电的电力供应多样化。还有可能减少化石燃料的进口量，改善贸易收支状况。
日文：科学编辑 草盐拓郎、《日经产业新闻》、2024/3/21
中文：JST客观日本编辑部
