Il tuo volante è stato troppo caldo per essere toccato quest'estate? Un nuovo materiale termoelettrico riportato sulla rivista Scienza potrebbe offrire sollievo.
L'adozione diffusa di dispositivi termoelettrici in grado di convertire direttamente l'energia elettrica in energia termica per il raffrescamento e il riscaldamento è stata ostacolata, in parte, dalla mancanza di materiali economici e altamente efficienti a temperatura ambiente.
Ora i ricercatori dell'Università di Houston e del Massachusetts Institute of Technology hanno riportato la scoperta di un nuovo materiale che funziona in modo efficiente a temperatura ambiente senza richiedere quasi il costoso tellurio, una componente importante dell'attuale materiale allo stato dell'arte.
Il lavoro, descritto in un articolo pubblicato online da Scienza Giovedi, 18 luglio ha potenziali applicazioni per la custodia di dispositivi elettronici, veicoli e altri componenti dal surriscaldamento, disse Zhifeng Ren, autore corrispondente sul lavoro e direttore del Texas Center for Superconductivity presso UH, dove è anche M.D. Anderson Professor of Physics.
"Abbiamo prodotto un nuovo materiale, che è poco costoso ma funziona ancora quasi come il tradizionale, materiale più costoso, " ha detto Ren. I ricercatori affermano che il lavoro futuro potrebbe colmare il leggero divario di prestazioni tra il loro nuovo materiale e il materiale tradizionale, una lega a base di bismuto-tellurio.
I materiali termoelettrici funzionano sfruttando il flusso di corrente di calore da una zona più calda ad una zona più fredda, e i moduli frigoriferi termoelettrici funzionano secondo l'effetto Peltier, che descrive il trasferimento di calore tra due giunzioni elettriche.
I materiali termoelettrici possono essere utilizzati anche per trasformare il calore di scarto, proveniente da centrali elettriche, tubi di scappamento delle automobili e altre fonti, in elettricità, e sono stati segnalati numerosi nuovi materiali per tale applicazione, che richiede che i materiali funzionino a temperature molto più elevate.
I moduli frigoriferi termoelettrici hanno rappresentato una grande sfida perché devono lavorare a temperature più basse, dove la cifra di merito termoelettrica, o ZT, è basso perché dipende dalla temperatura. La cifra di merito è una metrica utilizzata per determinare l'efficienza con cui funziona un materiale termoelettrico.
Nonostante la sfida, anche moduli frigoriferi termoelettrici, almeno per ora, offrire maggiori potenzialità commerciali, in parte perché possono funzionare per una lunga durata a temperature più fresche; la produzione di energia termoelettrica è complicata da problematiche legate alle alte temperature alle quali opera, compresa l'ossidazione e l'instabilità termica.
Il mercato del raffreddamento termoelettrico è in crescita. "Il mercato globale dei moduli termoelettrici valeva ~ 0,6 miliardi di dollari USA nel 2018 e si prevede che raggiungerà ~ 1,7 miliardi di dollari USA entro il 2027, " hanno scritto i ricercatori.
Le leghe di bismuto-tellurio sono state considerate per decenni il materiale più performante per il raffreddamento termico, ma i ricercatori hanno affermato che l'alto costo del tellurio ha limitato l'uso diffuso. giugno Mao, un ricercatore post-dottorato presso l'UH e primo autore dell'articolo, ha detto che il costo è recentemente diminuito, ma rimane di circa $ 50/chilogrammo. Ciò è paragonabile a circa $ 6 / chilogrammo per il magnesio, una componente primaria del nuovo materiale.
Oltre a Ren e Mao, altri autori sulla carta includono Hangtian Zhu, Zihang Liu e Geethal Amila Gamage, tutto il Dipartimento di Fisica UH e TcSUH, e Zhiwei Ding e Gang Chen del Dipartimento di Ingegneria Meccanica del Massachusetts Institute of Technology.
Hanno riferito che il nuovo materiale, composto da magnesio e bismuto e creato in una forma che porta una carica negativa, noto come tipo n, era efficiente quasi quanto il tradizionale materiale bismuto-tellurio. Quella, unito al minor costo, dovrebbe ampliare l'uso di moduli termoelettrici per il raffreddamento, loro hanno detto.
Per produrre un modulo termoelettrico utilizzando il nuovo materiale, i ricercatori lo hanno combinato con un trasporto di carica positiva, o di tipo p, versione della tradizionale lega bismuto-tellurio. Mao ha detto che questo ha permesso loro di usare solo la metà del tellurio della maggior parte dei moduli attuali.
Poiché il costo dei materiali rappresenta circa un terzo del costo del dispositivo, che il risparmio si somma, Egli ha detto.
Il nuovo materiale mantiene anche più efficacemente il contatto elettrico rispetto alla maggior parte dei materiali nanostrutturati, hanno riferito i ricercatori.
