Materialer, der høster varme og omdanner den til elektricitet, kan føre til mere omkostningseffektive enheder

Forskere kommer tættere på at designe termoelektriske materialer, der effektivt høster varme fra det omgivende miljø og omdanner den til elektricitet for at drive forskellige enheder og apparater, ifølge en gennemgang af den seneste forskning i tidsskriftet Videnskab og teknologi af avancerede materialer . Enheder fremstillet med disse materialer kan undgå behovet for at genoplade, udskiftning og bortskaffelse af batterier.

For at termoelektriske materialer skal være effektive energiproducenter, de skal kunne holde på varme og lede elektricitet godt. Termoelektriske materialer, der kan arbejde nær stuetemperatur og er fleksible, ville være særligt fordelagtige, især til brug i bærbare enheder.

Tre typer ledende materialer undersøges til brug i termoelektriske enheder:uorganiske, organiske og hybride materialer.

Uorganiske termoelektriske materialer omdanner effektivt varme til elektricitet, men er ikke særlig fleksible. Forskere arbejder på at overvinde denne forhindring. For eksempel, en fleksibel termoelektrisk enhed blev fremstillet ved brug af chromel (90 % nikkel og 10 % chrom) og konstantan (55 % kobber og 45 % nikkel) lag dækket af et fleksibelt ark lavet af polyimid og kobber. Mikrotermoelektriske generatorer baseret på uorganiske materialer har potentielle anvendelser inden for miljø- og bygningsovervågning, sporing af dyr, sikkerhed og overvågning, og medicinsk behandling. De er allerede blevet introduceret i kommercielle enheder, såsom et kropsvarmedrevet ur fremstillet af Seiko.

De fleste organiske termoelektriske enheder involverer polymerer. Halvledende polymerer leder elektricitet og holder varmen bedre end konventionelle uorganiske halvledere. De er også lettere og billigere. I modsætning til stive uorganiske materialer, de er fleksible og formbare og kan fremstilles i enhver form ved hjælp af 3-D-printere. Imidlertid, de er mindre effektive til at omdanne varme til elektricitet. Forskere forsøger at forbedre den termoelektriske effektivitet af polymerer ved at justere sammensætningen, længde og arrangement af deres molekyler, sigte på at øge den elektriske ledningsevne og krystallinitet af det endelige materiale.

Forskning, der har til formål at kombinere fordelene ved organiske og uorganiske materialer ved at blande dem sammen, er fokuseret på at finde optimale sammensætninger og forbedre blandingsprocessen. For eksempel, Indlejring af organiske molekyler i uorganiske titandisulfidkrystaller gør dem fleksible og reducerer deres varmeledningsevne. Dette forbedrer den generelle termoelektriske ydeevne.

Forfatterne konkluderer, at termoelektriske enheder potentielt kan erstatte traditionelle batterier i mange applikationer, men der kræves meget arbejde med at forbedre termoelektriske materialer for at opnå succes i denne retning.