Gli scienziati si stanno avvicinando alla progettazione di materiali termoelettrici che raccolgano in modo efficiente il calore dall'ambiente circostante e lo convertano in elettricità per alimentare vari dispositivi ed elettrodomestici, secondo una revisione delle ultime ricerche sulla rivista Scienza e tecnologia dei materiali avanzati . I dispositivi realizzati con questi materiali potrebbero evitare la necessità di ricaricare, cambiare e smaltire le batterie.

Affinché i materiali termoelettrici siano produttori di energia efficienti, devono essere in grado di trattenere bene il calore e condurre bene l'elettricità. I materiali termoelettrici che possono funzionare vicino alla temperatura ambiente e sono flessibili sarebbero particolarmente vantaggiosi, particolarmente per l'uso in dispositivi indossabili.

Sono allo studio tre tipi di materiali conduttori da utilizzare nei dispositivi termoelettrici:inorganici, materiali organici e ibridi.

I materiali termoelettrici inorganici convertono efficacemente il calore in elettricità, ma non sono molto flessibili. I ricercatori stanno lavorando per superare questo ostacolo. Per esempio, un dispositivo termoelettrico flessibile è stato fabbricato utilizzando strati di chromel (90% nichel e 10% di cromo) e costantana (55% di rame e 45% di nichel) ricoperti da un foglio flessibile di poliimmide e rame. I generatori microtermoelettrici basati su materiali inorganici hanno potenziali applicazioni nel monitoraggio ambientale e degli edifici, monitoraggio degli animali, sicurezza e sorveglianza, e cure mediche. Sono già stati introdotti in dispositivi commerciali, come un orologio a calore corporeo prodotto da Seiko.

La maggior parte dei dispositivi termoelettrici organici coinvolge i polimeri. I polimeri semiconduttori conducono l'elettricità e trattengono il calore meglio dei semiconduttori inorganici convenzionali. Sono anche più leggeri e meno costosi. A differenza dei materiali inorganici rigidi, sono flessibili e modellabili e possono essere prodotti in qualsiasi forma utilizzando stampanti 3D. Però, sono meno efficienti nel convertire il calore in elettricità. I ricercatori stanno cercando di migliorare l'efficienza termoelettrica dei polimeri regolando la composizione, lunghezza e disposizione delle loro molecole, con l'obiettivo di aumentare la conducibilità elettrica e la cristallinità del materiale finale.

La ricerca che mira a combinare i vantaggi dei materiali organici e inorganici miscelandoli insieme è focalizzata sulla ricerca di composizioni ottimali e sul miglioramento del processo di miscelazione. Per esempio, l'incorporamento di molecole organiche in cristalli inorganici di disolfuro di titanio li rende flessibili e ne riduce la conduttività termica. Ciò migliora le prestazioni termoelettriche complessive.

Gli autori concludono che i dispositivi termoelettrici possono potenzialmente sostituire le batterie tradizionali in molte applicazioni, ma è necessario molto lavoro per migliorare i materiali termoelettrici per raggiungere il successo in questa direzione.