Un team di ricercatori guidato dall'Università di Osaka ha sviluppato un modulo generatore termoelettrico flessibile su larga scala (FlexTEG) economico con elevata affidabilità meccanica per una generazione di energia altamente efficiente. Attraverso un cambio di direzione degli elettrodi superiori ai due lati del modulo e l'uso di imballaggi ad alta densità di chip semiconduttori, il modulo FlexTEG ha più flessibilità in qualsiasi direzione uniassiale. Questa maggiore efficienza di recupero, o conversione termoelettrica, di calore disperso da una fonte di calore curva, migliorando l'affidabilità meccanica del modulo poiché meno stress meccanico è posto sui chip semiconduttori nel modulo.

I risultati della ricerca del team sono stati pubblicati in Tecnologie avanzate dei materiali .

Si dice che Società 5.0, una società super-intelligente in cui il nostro spazio vitale sarà collegato in rete da varie tecnologie IoT (Internet of Things), arriverà prossimamente. Un sistema di generazione termoelettrica per generare energia in modo permanente recuperando in modo efficiente l'energia termica di scarto emessa nell'ambiente è un mezzo efficace per conservare l'ambiente globale e risparmiare energia, e la ricerca per l'applicazione di questo sistema alle fonti energetiche per i dispositivi IoT di nuova generazione ha attirato l'attenzione.

La tecnologia di conversione termoelettrica converte direttamente l'energia termica in energia elettrica, e viceversa. Poiché consente la conversione dell'energia in base alla differenza di temperatura anche se la differenza è piccola, questa tecnologia di nuova generazione contribuirà alla raccolta di energia, un processo che cattura piccole quantità di energia che altrimenti andrebbero perse.

La conversione termoelettrica è una delle tecniche più adatte per convertire il calore di scarto a bassa temperatura (150°C o inferiore) in energia elettrica, portando allo sviluppo di sistemi di generazione di energia utilizzando il modulo TEG. Però, non essendo ancora stata stabilita la tecnica di confezionamento dei moduli di generazione termoelettrica in grado di operare in un range di 100-150°C, la tecnologia di generazione termoelettrica per quella gamma non ha visto un uso pratico. Inoltre, il costo di produzione dei moduli per la generazione di energia a temperatura ambiente era così elevato che le applicazioni della tecnologia erano limitate ad aree specifiche, come le applicazioni nello spazio.

Montando piccoli chip semiconduttori termoelettrici (TE) su un substrato flessibile ad alta densità di imballaggio, i ricercatori hanno ottenuto un'adesione affidabile e stabile con contatti elettrici tra i chip e il substrato flessibile, realizzare un efficiente recupero (conversione termoelettrica) del calore di scarto. Nei moduli di conversione termoelettrica non flessibili convenzionali, gli elettrodi superiori ai due lati erano montati perpendicolarmente agli altri elettrodi superiori, quindi la curvatura del modulo era limitata. Però, in questo modulo FlexTEG, tutti gli elettrodi superiori sono stati integrati in parallelo, fornendo flessibilità quando piegato in qualsiasi direzione uniassiale. Questo ridotto stress meccanico sui trucioli, miglioramento dell'affidabilità meccanica (fisica) del modulo FlexTEG.

L'autore principale Tohru Sugahara afferma:"Grazie alla resistenza al calore di tutti i materiali di imballaggio dei semiconduttori (fino a circa 150°C) e alla flessibilità meccanica del modulo, il nostro modulo FlexTEG verrà utilizzato come modulo generatore termoelettrico di conversione per calore residuo di 150°C o inferiore. La sua tecnica di montaggio si basa su tecniche di confezionamento di semiconduttori convenzionali, quindi sono previste la produzione di massa e la riduzione dei costi dei moduli di conversione termoelettrica."