Vernice termoelettrica applicata su un emisfero di allumina. La vernice fornisce un contatto più stretto con la superficie che emette calore rispetto ai dispositivi termoelettrici planari convenzionali. Credito:Park et al. ©2016 Natura Comunicazioni
(Phys.org)—La pittura in questi giorni sta diventando molto più di quanto non fosse in passato. Già i ricercatori hanno sviluppato una vernice fotovoltaica, che può essere utilizzato per realizzare "celle solari verniciate" che catturano l'energia del sole e la trasformano in elettricità. Ora in un nuovo studio, i ricercatori hanno creato vernice termoelettrica, che cattura il calore disperso dalle superfici verniciate a caldo e lo converte in energia elettrica.
"Mi aspetto che la tecnica di verniciatura termoelettrica possa essere applicata al recupero del calore residuo da superfici di fonti di calore di grandi dimensioni, come edifici, macchine, e navi da guerra, "Jae Sung Figlio, coautore dello studio e ricercatore presso l'Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST), detto Phys.org .
"Per esempio, la temperatura del tetto e delle pareti di un edificio aumenta fino a più di 50 °C in estate, " ha detto. "Se applichiamo vernice termoelettrica sulle pareti, possiamo convertire enormi quantità di calore di scarto in energia elettrica."
La vernice termoelettrica ha un aspetto molto diverso dai materiali termoelettrici convenzionali, che sono tipicamente fabbricati come piatti, chip rigidi. Questi dispositivi vengono quindi attaccati a oggetti di forma irregolare che emettono calore disperso, come motori, centrali elettriche, e frigoriferi. Però, il contatto incompleto tra queste superfici curve e i generatori termoelettrici piani comporta inevitabili dispersioni di calore, diminuendo l'efficienza complessiva.
Nel nuovo studio pubblicato su Comunicazioni sulla natura , Sung Hoon Park et al ., dall'UNIST, il Korea Institute of Science and Technology (KIST), e il Korea Electrotechnology Research Institute, hanno affrontato questo problema di contatto incompleto dimostrando che la vernice termoelettrica aderisce facilmente alla superficie di qualsiasi forma.
La vernice termoelettrica contiene le particelle termoelettriche tellururo di bismuto (Bi 2 Te 3 ), comunemente utilizzati nei dispositivi termoelettrici convenzionali. I ricercatori hanno anche aggiunto ausili per la sinterizzazione molecolare che, al riscaldamento, far fondere le particelle termoelettriche, aumentando la densità di queste particelle nella vernice insieme alla loro efficienza di conversione energetica (i valori ZT sono fino a 0,67 per le particelle di tipo n e 1,21 per le particelle di tipo p).
Gli schemi illustrano la fabbricazione di dispositivi termoelettrici verniciati. Credito:UNIST
I ricercatori hanno dimostrato che la vernice termoelettrica può essere verniciata su una varietà di superfici curve che emettono calore. Dopo la sinterizzazione per 10 minuti a 450 °C, gli strati verniciati formano una pellicola uniforme di circa 50 micron di spessore.
I test hanno dimostrato che i dispositivi verniciati con la vernice termoelettrica mostrano un'elevata densità di potenza in uscita (4 mW/cm 2 per dispositivi di tipo in-plane e 26,3 mW/cm 2 per dispositivi di tipo a piano passante). Questi valori sono competitivi con i materiali termoelettrici convenzionali e migliori di tutti i dispositivi termoelettrici basati su inchiostri e paste.
Oltre alle tradizionali applicazioni termoelettriche, i ricercatori si aspettano che la vernice termoelettrica abbia il potenziale per essere utilizzata come raccoglitore di energia termoelettrica indossabile. La tecnologia sviluppata qui potrebbe essere utilizzata anche nell'elettronica stampata in 3D e nell'arte elettronica dipinta. I ricercatori hanno in programma di perseguire ulteriormente queste applicazioni in futuro.
"Stiamo progettando di sviluppare processabili a temperatura ambiente, insensibile all'aria, e processi di verniciatura e verniciatura termoelettrici scalabili per applicazioni pratiche, " ha detto il figlio.
