Quasi 200 anni dopo che il fisico francese Jean Peltier scoprì che la corrente elettrica che scorre attraverso la giunzione di due metalli diversi potrebbe essere utilizzata per produrre un effetto di riscaldamento o raffreddamento, gli scienziati continuano a cercare nuovi materiali termoelettrici che possono essere utilizzati per la generazione di energia.

Ricercatori che scrivono in Materiali della natura , però, diciamo che è tempo di intensificare gli sforzi per trovare nuovi materiali per il raffreddamento termoelettrico.

I composti di tellurio di bismuto sono stati utilizzati per il raffreddamento termoelettrico per oltre 60 anni, e i ricercatori affermano che il fatto che ci sia già una domanda commerciale per la tecnologia suggerisce che materiali migliori possono espandere il mercato.

"La maggior parte del lavoro si concentra su materiali ad alta temperatura per la generazione di energia, ma non c'è ancora mercato lì, " ha detto Zhifeng Ren, direttore del Texas Center for Superconductivity presso l'Università di Houston e autore corrispondente dell'articolo. "Il raffreddamento è un mercato esistente, un mercato da un miliardo di dollari, e non ci sono stati molti progressi sui materiali."

Lui e i co-autori Jun Mao, un ricercatore presso TcSUH, e Gang Chen, un ingegnere meccanico e nanotecnologo presso il Massachusetts Institute of Technology, richiedono una maggiore attenzione allo sviluppo di nuovi materiali avanzati che funzionino a temperatura ambiente o quasi.

I tre facevano parte di un gruppo che nel 2019 ha riportato sulla rivista Scienza 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 materiale, composto da magnesio e bismuto, era efficiente quasi quanto il tradizionale materiale bismuto-tellurio. Il lavoro per migliorare il materiale è in corso, ha detto Ren.

I materiali termoelettrici funzionano sfruttando il flusso di corrente di calore da una zona più calda ad una zona più fredda, fornendo una fonte di energia priva di emissioni. I materiali possono essere utilizzati per trasformare il calore di scarto, 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 più elevate.

I moduli di raffreddamento termoelettrici hanno rappresentato una sfida maggiore perché devono funzionare vicino alla temperatura ambiente, rendendo più difficile il raggiungimento di un'elevata figura di merito termoelettrica, una metrica utilizzata per determinare l'efficienza di un materiale. I materiali termoelettrici utilizzati per la generazione di energia raggiungono più facilmente una figura di merito elevata perché operano a temperature più elevate, spesso intorno ai 500 gradi centigradi, o circa 930 Fahrenheit.

Ma ci sono anche vantaggi per i dispositivi di raffreddamento termoelettrici:sono compatti, funzionano in modo silenzioso e possono passare quasi istantaneamente da riscaldamento a raffreddamento, consentendo un controllo preciso della temperatura. Funzionano anche senza generare gas serra dannosi per l'ozono.

Sono utilizzati principalmente per piccole applicazioni, compreso il trasporto di forniture mediche e diodi laser di raffreddamento.

"Per i dispositivi di raffreddamento su larga scala, un compressore è ancora più efficiente, " disse Ren, che è anche M.D. Anderson Chair Professor of Physics. "Per sistemi più piccoli o per qualsiasi applicazione di raffreddamento che richieda un controllo della temperatura molto preciso, il normale raffreddamento a compressore non è altrettanto buono."

Ma la scoperta di nuovi e migliori materiali potrebbe ampliare il mercato.

"Se riesci a trovare materiali con una figura di merito più alta, puoi avere una performance molto competitiva per i frigoriferi o anche per l'aria condizionata, " disse Ren. "Non c'è ancora, ma non vedo perché non possa essere in futuro."