Un gruppo di ricerca ha dimostrato che la conversione termoelettrica trasversale (ovvero la conversione dell'energia tra correnti di carica e di calore che scorrono ortogonalmente tra loro) può essere notevolmente migliorata applicando campi magnetici o utilizzando il magnetismo.
Inoltre, il team ha sviluppato un magnete permanente termoelettrico, un nuovo materiale funzionale in grado di raffreddare e generare energia termoelettrica, combinando magneti permanenti e materiali termoelettrici in una struttura ibrida. Questi risultati possono servire da guida per ottenere la gestione termica e la raccolta di energia utilizzando magneti comuni.
L'effetto Seebeck e l'effetto Peltier sono stati ampiamente studiati per la loro applicazione alle tecnologie di conversione termoelettrica (TEC). Questi effetti sono classificati come fenomeni TEC longitudinali:conversione tra correnti di carica e di calore che scorrono in parallelo tra loro.
Sebbene i dispositivi TEC longitudinali abbiano un’efficienza di conversione energetica maggiore rispetto alle loro controparti trasversali, le loro strutture sono più complesse. Al contrario, i dispositivi TEC trasversali strutturalmente più semplici possono avere basse perdite di energia, bassi costi di produzione ed eccellente durata.
Per ottenere l'uso pratico dei dispositivi TEC trasversali, tuttavia, la loro efficienza di conversione deve essere migliorata. La TEC trasversale è guidata da diversi tipi di fenomeni fisici:fenomeni indotti magneticamente (cioè l'effetto magneto-termoelettrico) e fenomeni attribuiti a strutture cristalline o elettroniche anisotrope. Questi fenomeni erano stati precedentemente studiati solo indipendentemente l'uno dall'altro.
Questo gruppo di ricerca del National Institute for Materials Science (NIMS) ha recentemente fabbricato un materiale multistrato inclinato artificialmente, un materiale ibrido in grado di mostrare simultaneamente tre diversi tipi di fenomeni TEC, inclusi gli effetti magneto-termoelettrici. Il team ha poi dimostrato le prestazioni di raffreddamento migliorate di questo materiale grazie al TEC trasversale.
Il materiale ibrido è stato creato impilando e incollando alternativamente Bi88 Sb12 lastre di lega, che presentano grandi effetti magneto-termoelettrici, e Bi0.2 Sb1.8 Te3 lastre di lega, che presentano un ampio effetto Peltier.
Questa pila è stata poi tagliata diagonalmente per formare il materiale multistrato piastrellato artificialmente. Quando i campi magnetici sono stati applicati a questo materiale, la sua efficienza TEC trasversale è aumentata, cosa che si è scoperto essere attribuita agli effetti combinati dei tre tipi di fenomeni TEC.
Il team ha poi sostituito il Bi0.2 Sb1.8 Te3 lastre di lega con magneti permanenti e hanno scoperto che le prestazioni TEC trasversali possono essere migliorate dagli effetti magneto-termoelettrici anche senza campi magnetici esterni.
Questa ricerca ha dimostrato come i materiali magnetici possano essere progettati per aumentare le loro capacità di raffreddamento termoelettrico e di generazione di energia. Il team svilupperà materiali/dispositivi con una migliore gestione termica e capacità di raccolta di energia per una società sostenibile e sistemi IoT migliorati nella ricerca futura.
Questa ricerca è pubblicata sulla rivista Advanced Energy Materials .
Ulteriori informazioni: Ken‐ichi Uchida et al, Raffreddamento magneto-termoelettrico trasversale ibrido in multistrati inclinati artificialmente, Materiali energetici avanzati (2023). DOI:10.1002/aenm.202302375
Informazioni sul giornale: Materiali energetici avanzati
Fornito dall'Istituto nazionale per la scienza dei materiali
