Un nuovo dispositivo termoelettrico stampato in 3D, che converte il calore in energia elettrica con un fattore di efficienza superiore di oltre il 50% rispetto al precedente migliore per i materiali stampati, ed è economico da produrre alla rinfusa, è stato prodotto dai ricercatori dello SPECIFIC Innovation and Knowledge Centre della Swansea University.

Circa un sesto di tutta l'energia utilizzata dall'industria nel Regno Unito attualmente finisce come calore di scarto, emessa nell'atmosfera. Sfruttare questo per creare elettricità potrebbe essere un enorme passo avanti nell'aiutare l'industria a tagliare le bollette energetiche e ridurre la sua impronta di carbonio.

I materiali termoelettrici trasformano le differenze di temperatura in energia elettrica, o vice versa. Sono utilizzati nei frigoriferi, centrali elettriche e persino alcuni orologi intelligenti alimentati dal calore corporeo.

Precedenti ricerche hanno dimostrato che un materiale chiamato seleniuro di stagno (SnSe), un composto formato da stagno (Sn) e selenio (Se), ha un alto potenziale come materiale termoelettrico. Il problema è che i metodi utilizzati per produrlo richiedono molta energia e sono quindi costosi.

È qui che entra in gioco il lavoro dei ricercatori di Swansea. La tecnica che hanno sviluppato è potenzialmente molto economica per l'industria perché consente di produrre rapidamente e facilmente generatori termoelettrici SnSe in grandi quantità.

Il team ha formulato il seleniuro di stagno in un tipo di inchiostro che potevano stampare per testarne le proprietà. Il passo successivo è stato quello di sviluppare un tipo di tecnica di stampa 3D per produrre un piccolo generatore termoelettrico realizzato con l'inchiostro.

Gli esperimenti del team hanno mostrato che il materiale ha dato punteggi record per l'efficienza nelle prestazioni, che si misura con la "Figura di Merito" (ZT).

• L'elemento del team di Swansea ha raggiunto un valore ZT (una misura dell'efficienza dei generatori termoelettrici) fino a 1,7
• Il precedente miglior punteggio ZT per un materiale termoelettrico stampato era 1.0
• Ciò significa un tasso di efficienza, per trasformare il calore in elettricità, per l'elemento del team Swansea di circa il 9,5%, rispetto al 4,5% del migliore precedente

La svolta potrebbe essere di particolare beneficio per le industrie in cui le alte temperature sono coinvolte nel processo di produzione. Un esempio è la produzione di acciaio, che genera grandi quantità di calore e richiede un'immensa potenza elettrica. Riciclare il calore in energia ha quindi il potenziale per aumentare significativamente l'efficienza energetica. Tata Steel dovrebbe sostenere un dottorato di ricerca. ricercatore del team per esplorare l'applicazione industriale della tecnologia.

Il team di ricerca proviene da SPECIFIC Innovation and Knowledge Centre, un progetto condotto dalla Swansea University che sviluppa tecnologie per ridurre le emissioni di carbonio e dimostra come possono essere applicate agli edifici e all'industria.

Dott. Matt Carnie dell'Università di Swansea, chi è stato capo ricercatore per questo lavoro, disse:

"Trasformare il calore di scarto in energia elettrica può aumentare significativamente l'efficienza energetica, tagliando le bollette e riducendo le emissioni di carbonio. I nostri risultati mostrano che i materiali termoelettrici stampati che utilizzano il seleniuro di stagno sono un modo molto promettente per il futuro.

Il dispositivo che abbiamo sviluppato è il materiale termoelettrico stampato più performante registrato fino ad oggi, con il fattore di efficienza migliorato di oltre il 50% rispetto al record precedente. È anche economico da produrre alla rinfusa rispetto ai metodi di produzione consolidati.

Occorre più lavoro, ma già il nostro lavoro dimostra che questa tecnica, coniugando efficienza ed economia, potrebbe essere molto attraente per le industrie ad alta intensità energetica."

Il documento è "Generatori termoelettrici SnSe stampati in 3D con un'alta figura di merito", pubblicato in Materiali energetici avanzati .