Raccogliere energia dal calore di scarto ambientale come quello perso dal corpo umano è una prospettiva interessante per alimentare in modo sostenibile i piccoli dispositivi elettronici. Una termocella è un tipo di dispositivo per la raccolta di energia che converte il calore ambientale in elettricità attraverso l'effetto di carica termica.

Sebbene le termocelle siano economiche ed efficienti, finora sono state raggiunte solo basse tensioni di uscita, appena decine di millivolt (mV), e queste tensioni dipendono anche dalla temperatura.

Questi inconvenienti devono essere affrontati affinché le termocelle possano alimentare in modo affidabile l'elettronica e contribuire allo sviluppo di una società sostenibile.

Un team di ricerca guidato dall'Università di Tsukuba ha recentemente migliorato le prestazioni di raccolta di energia delle termocelle, avvicinando questa tecnologia alla commercializzazione. I loro risultati sono pubblicati in Rapporti scientifici ("Termocella di raccolta dell'energia con utilizzo della transizione di fase").

Il team ha sviluppato una termocella contenente un materiale che mostrava una transizione di fase indotta dalla temperatura della sua struttura cristallina. Appena sopra la temperatura ambiente, gli atomi in questo materiale solido si sono riorganizzati per formare una diversa struttura cristallina. Questa transizione di fase ha comportato un aumento della tensione di uscita da zero a circa 120 mV, rappresentando un notevole miglioramento prestazionale rispetto a quello delle termocelle esistenti.

"La transizione di fase indotta dalla temperatura del nostro materiale ha causato un aumento del suo volume, " spiega il professor Yutaka Moritomo, autore senior dello studio. "Questo a sua volta ha aumentato la tensione di uscita della cella termica".

I ricercatori sono stati in grado di regolare con precisione la temperatura di transizione di fase del loro materiale in modo che si trovasse appena al di sopra della temperatura ambiente. Quando una termocella contenente questo materiale è stata riscaldata al di sopra di questa temperatura, è stata indotta la transizione di fase del materiale, che ha portato ad un sostanziale aumento della tensione di uscita da zero a bassa temperatura a circa 120 mV a 50 °C.

Oltre ad affrontare il problema della bassa tensione di uscita, la termocella contenente il materiale di transizione di fase ha anche superato il problema di una tensione di uscita dipendente dalla temperatura. Poiché l'aumento della tensione di uscita della termocella indotta dalla transizione di fase termica era molto maggiore delle fluttuazioni della tensione di uscita dipendenti dalla temperatura, queste fluttuazioni potrebbero essere ignorate.

"I nostri risultati suggeriscono che le prestazioni della termocella possono essere notevolmente migliorate includendo un materiale che mostra una transizione di fase a una temperatura adeguata, " afferma il professor Moritomo. "Questo concetto è un modo interessante per realizzare dispositivi di raccolta dell'energia più efficienti".

Il design del team di ricerca che combina la tecnologia delle termocelle con un materiale di transizione di fase opportunamente abbinato porta a una maggiore capacità di raccogliere il calore di scarto per alimentare l'elettronica, che è un processo ecosostenibile. Questo design ha il potenziale per fornire alimentatori indipendenti per l'elettronica avanzata.