Sviluppato un design unico dei materiali che può spingere l'efficienza di conversione dei dispositivi TEG fino al 15%
Nuovi passi avanti verso generatori termoelettrici efficienti
(Rinnovabili.it) – Possono convertire il calore di scarto in elettricità pulita e, a differenza dei motori termici, non hanno bisogno di grandi spazi o parti in movimento. Sono i generatori termoelettrici (TEG), dispositivi capaci di sfruttare le differenze di temperatura per produrre elettricità (il cosiddetto effetto Seebeck). Oggi questa tecnologia può contare su una buona gamma di applicazioni, dai piccoli generatori di energia in mare alle sonde spaziali, ma per un uso diffuso il comparto deve superare una sfida essenziale: l’efficienza di conversione.
Quanto sono efficienti i TEG?
L’efficienza tipica dei TEG è di circa il 5 – 8%, valore che ne limita fortemente l’utilità partica. Ma una nuova ricerca della Pennsylvania State University ha trovato un modo per portare la resa oltre al 15%. Il lavoro, condotto assieme agli scienziati del National Renewable Energy Laboratory, si è focalizzato su materiali e design ed è stato pubblicato sulla rivista Advanced Materials (testo in inglese).
Per convertire le differenze di temperature in tensione elettrica è necessario che i materiali impiegati abbiano un’elevata conduttività elettrica e contemporaneamente una bassa conduttività termica. La bassa conduttività termica garantisce, infatti, che riscaldando un lato l’altro lato rimanga freddo. Aiutando così a generare una tensione elevata. Convenzionalmente il modulo richiede un design “segmentato” per ottimizzare le prestazioni sui lati a temperatura più alta e più bassa del dispositivo. Nella pratica spesso vengono usati diversi tipi di materiali termoelettrici, fabbricati separatamente e successivamente uniti tra loro. Il problema? Il processo porta alla creazione di un’interfaccia eterogenea che può ridurre l’efficienza del dispositivo.
leggi anche Nuovo generatore termoelettrico che produce energia pulita giorno e notte
Il generatore termoelettrico efficiente della Penn State
Grazie ad un processo chiamato sinterizzazione al plasma a scintilla, il team ha messo a punto un’ottimizzazione sinergica tra leghe di Heusler stratificate e modulo con cui ottenere generatori termoelettrici più efficienti.
“L’idea di base era quella di integrare due o più strati utilizzando la stessa famiglia di materiali ma con una leggera differenza nelle composizioni chimiche”, ha spiegato il professor Wenjie Li della Penn State. “Così facendo, possiamo creare i materiali graduati a livello funzionale in un unico passaggio e non abbiamo bisogno di alcuna tecnica di brasatura o saldatura per unirli, eliminando l’interfaccia eterogenea”.
E dal momento che i materiali appartengono alla stessa famiglia, hanno un’espansione termica e altre proprietà meccaniche molto simili, conferendo ai moduli una lunga vita operativa rispetto ai dispositivi segmentati convenzionali. Il risultato sono generatori termoelettrici efficienti e competitivi. “Ciò che abbiamo dimostrato generando un’efficienza di conversione del 15% – ha affermato il professore Bed Poudel – è che ora questa tecnologia è molto competitiva con altre tecnologie di generazione energetica su scala ridotta, come piccoli generatori diesel o persino pannelli solari”.
leggi anche Termoelettricità, ora per produrre i materiali basta 1 secondo
