I fisici dell'Università di Houston hanno scoperto un nuovo materiale termoelettrico che offre elevate prestazioni a temperature che vanno dalla temperatura ambiente fino a 300 gradi Celsius, o circa 573 gradi Fahrenheit.

"Questo nuovo materiale è migliore del materiale tradizionale, Tellururo di bismuto, e può essere utilizzato per la conversione del calore di scarto in elettricità in modo molto più efficiente, " ha detto Zhifeng Ren, M.D. Anderson Professore di fisica alla UH e autore principale di un articolo che descrive la scoperta, pubblicato online da Nano energia .

Ren, che è anche investigatore principale presso il Texas Center for Superconductivity all'UH, ha affermato che il lavoro potrebbe essere importante per la ricerca e la commercializzazione di energia pulita a temperature di circa 300 gradi Celsius.

Il tellururo di bismuto è il materiale termoelettrico standard dagli anni '50 e viene utilizzato principalmente per il raffreddamento, sebbene possa essere utilizzato anche a temperature fino a 250 C, o 482 F, per la produzione di energia, con efficienza limitata.

Per questa scoperta, Ren e altri membri del suo laboratorio hanno usato una combinazione di magnesio, argento e antimonio per generare elettricità dal calore utilizzando il principio termoelettrico. Hanno aggiunto una piccola quantità di nichel, dopo di che Ren ha detto che il composto ha funzionato ancora meglio.

Il lavoro è stato svolto in collaborazione con ricercatori del Dipartimento di Chimica dell'UH e del Massachusetts Institute of Technology. Huaizhou Zhao e Jiehe Sui, un membro del laboratorio di Ren il cui istituto di appartenenza è l'Harbin Institute of Technology in Cina, erano contributori primari; Zhao è ora ricercatore presso l'Istituto di Fisica dell'Accademia cinese delle scienze.

Il materiale funziona bene fino a 300 C, Ren ha detto; sono in corso i lavori per migliorarne l'efficienza.

Il potenziale per catturare il calore – dalle centrali elettriche, ciminiere industriali e persino tubi di scappamento dei veicoli - e convertirlo in elettricità è enorme, consentendo di utilizzare il calore attualmente sprecato per generare energia. Ren ha detto che le temperature possono variare da 200 C a 1, 000 C, e fino ad ora, non c'è stato un materiale termoelettrico in grado di funzionare una volta che le condizioni superano i livelli più bassi di calore. Gran parte della domanda varia da 250 C a 300 C, Egli ha detto.

Ren ha lavorato a lungo nella termoelettrica, tra gli altri campi scientifici. Il suo gruppo di ricerca ha pubblicato un articolo sulla rivista Scienza nel 2008 stabilendo che l'efficienza – il termine tecnico è la “cifra di merito” – del tellururo di bismuto potrebbe essere aumentata fino al 20 per cento modificando il modo in cui viene lavorato. Al tempo, Ren era al Boston College.

E il suo laboratorio l'estate scorsa ha pubblicato un articolo su Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze stabilendo il tellururo di stagno con l'aggiunta dell'elemento chimico indio come materiale in grado di convertire il calore di scarto in elettricità. Ma il tellururo di stagno funziona meglio a temperature superiori a circa 300 C, o circa 573 F, rendendo importante continuare a cercare un altro materiale che funzioni a temperature più basse.

Il gruppo di Ren non è il primo a studiare il nuovo materiale, che non è stato nominato ma è menzionato nel Nano energia carta come semplici materiali a base di MgAgSb, utilizzando i nomi chimici degli elementi utilizzati per crearlo. Il documento cita il lavoro svolto nel 2012 da M.J. Kirkham, et al; quel lavoro usava il magnesio, argento e antimonio in parti uguali, Ren ha detto, ma ha provocato impurità e scarse proprietà conduttive.

Ha detto che il suo laboratorio ha scoperto che usando un po' meno argento e antimonio, e mescolando gli elementi separatamente, mettendo al primo posto il magnesio e l'argento nel processo di macinazione a sfere, aggiungendo l'antimonio dopo diverse ore, eliminava le impurità e migliorava notevolmente le proprietà termoelettriche.

"Avevamo qualità molto diverse, " disse. "Meglio, senza impurità, e granulometria più piccola, insieme a proprietà termoelettriche molto migliori."