Dagli USA il materiale termoelettrico più efficiente al mondo

La nuova forma policristallina del seleniuro di stagno vanta un’efficenza di conversione del calore di scarto in elettricità mai raggiunta prima, portando finalmente la tecnologia termoelettrica ad un passo dall’applicazione terrestre

materiale termoelettrico
Credits: Northwestern University

Alla ricerca del materiale termoelettrico perfetto

(Rinnovabili.it) – Riuscire a trasformare il calore di scarto in elettricità potrebbe dare una svolta all’efficenza energetica. Oggi le tecnologie termoelettriche hanno trovato alcune applicazioni di nicchia (come l’alimentazione del rover NASA spedito su Marte), ma la maggior parte delle loro potenzialità rimane preclusa al mercato. Il motivo? Le caratteristiche del materiale termoelettrico su cui si basano. Si tratta di composti in grado di creare un potenziale elettrico in presenza di una differenza di temperatura. Per essere utili a livello pratico devono possedere una buona conduttività elettrica ma una conduttività termica estremamente bassa. E per trovare posto a livello industriale, recuperando ad esempio il calore scartato dalle centrali elettriche, devono anche rimanere stabili a temperature molto elevate. In altre parole produrre il materiale termoelettrico perfetto (e utile) è un’impresa ardua.

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Tutte le proprietà necessarie vengono soppesate tra loro ed espresse attraverso la cifra di merito “ZT”. Questo numero è passato da meno 1 oltre un decennio fa, a 2,2 nel 2012 e più recentemente a 2,7. Oggi un gruppo di ingegneri della Northwestern University, nell’Illinois, afferma di aver raggiunto per la prima volta uno ZT record di 3,1.

La chiave del successo è un materiale termoelettrico chiamato seleniuro di stagno (SeSn), che il team aveva precedentemente utilizzato sua forma a cristallo singolo raggiungendo un valore di 2,6 a 913 Kelvin. Tuttavia il composto originale mostrava una fragilità troppo alta per la sua produzione di massa. Problema successivamente risolto con una forma policristallina, più forte e più facile da tagliare e modellare secondo necessità. Sfortunatamente, la prima versione multicristallina ha mostrato fin da subito un’elevata conduttività termica, caratteristica che riduce l’effetto termoelettrico.

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Il team Northwestern University, ha cercato di capire quale fosse il problema scoprendo il “colpevole”: un sottile strato di stagno ossidato formatosi sulla superficie. Ma una volta purificati i materiali di partenza e rimossi gli strati ossidati, lo ZT è schizzato a 3,1 a a 783 Kelvin. Gli scienziati della Northwestern, che possiedono la proprietà intellettuale per il materiale termoelettrico in seleniuro di stagno, sperano che questa svolta possa portare ad applicazioni migliori. Le aree di destinazione includono l’industria automobilistica, le fabbriche manifatturiere pesanti e luoghi in cui i grandi motori a combustione funzionano continuamente (come in grandi navi e petroliere). La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Nature Materials (testo in inglese).

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