Quali sono i diversi tipi di materiali termoelettrici?
Il processo termoelettrico consiste nella conversione diretta del calore in elettricità e viceversa nel riscaldamento o nel raffreddamento di un oggetto. I materiali termoelettrici possono essere utilizzati per misurare le variazioni di temperatura, modificare la temperatura effettiva di un oggetto e generare una carica elettrica, che può essere utilizzata per generare energia. Nel 2011, i materiali termoelettrici sono troppo inefficienti per essere utili, ma gli ingegneri automobilistici stanno tentando di usarli per raccogliere energia termica sprecata da un veicolo e trasformarla in elettricità utilizzabile. I ricercatori stanno tentando di aumentare l'efficienza dei materiali termoelettrici per renderli più economici in modo che possano essere utilizzati per creare frigoriferi, condizionatori d'aria e altri dispositivi a basso costo e più efficienti che richiedono raffreddamento.
I processi termoelettrici si verificano a causa dell'effetto Peltier, che è il raffreddamento e il riscaldamento di giunzioni opposte nei circuiti elettrici contenenti semiconduttori diversi. I materiali termoelettrici possono essere utilizzati per creare dispositivi di raffreddamento o per fornire refrigerazione. Uno dei comuni materiali termoelettrici utilizzati oggi è il tellururo di bismuto, un composto costoso che può costare fino a $ 1.000 US $ (USD) / lb ($ 2.000 USD / kg). Se adeguatamente preparato, questo materiale termoelettrico produce sbalzi di temperatura affidabili ovunque tra 14 e 266 gradi F (da -10 a 130 gradi C). I sistemi termoelettrici funzionano in modo affidabile e preciso senza il rumore dei sistemi di riscaldamento, raffreddamento e refrigerazione convenzionali e senza clorofluorocarburi dannosi per l'ambiente (CFC).
Per diversi anni, la National Aeronautics and Space Administration (NASA) ha sfruttato la potenza dei materiali termoelettrici per alimentare le sonde spaziali nelle profondità più profonde dello spazio, così lontano dal sole che i pannelli solari sono inutili. Il processo prevede l'inserimento di materiale nucleare in un generatore termico radioisotopico, in cui il decadimento radiologico produce energia termica che viene quindi convertita in elettricità per alimentare la sonda. Questo è lo stesso processo che gli ingegneri automobilistici stanno cercando di sfruttare dal calore di scarico dei motori delle auto - calore che può essere convertito in elettricità per alimentare l'auto.
La ricerca e lo sviluppo di materiali termoelettrici è condotto dall'Energy Frontier Research Center presso il Massachusetts Institute of Technology (MIT). Lì, ricercatori e scienziati hanno fatto alcune scoperte piuttosto significative, come l'accoppiamento del disordine termico e delle strutture elettroniche a temperatura finita. Le attuali sfide in questo campo sono l'identificazione o la sintesi di nuovi materiali, ancora da scoprire, con capacità termoelettriche più efficienti. I progressi in questo campo possono consentire lo sviluppo di materiali che generano elettricità dal calore residuo, fornendo una soluzione energetica globale sostenibile.