I dispositivi termoelettrici, che possono generare energia quando un lato del dispositivo ha una temperatura diversa dall’altro, negli ultimi anni sono stati oggetto di molte ricerche. Ora, un team al MIT ha escogitato un nuovo modo per convertire le fluttuazioni di temperatura in energia elettrica, invece di richiedere allo stesso tempo due diversi ingressi di temperatura, il nuovo sistema sfrutta le oscillazioni della temperatura ambiente che si verificano durante il ciclo giorno-notte.
Gli ingegneri del Massachusetts Institute of Technology (MIT) hanno creato un dispositivo in grado di generare elettricità da ciò che sembra essere nient’altro che aria, non richiede luce solare, batterie o vento, per generare energia fa affidamento sulle fluttuazioni di temperatura.
Il dispositivo, chiamato risonatore termico, è stato creato utilizzando una combinazione di materiali attentamente personalizzati. Michael Strano, professore d’ingegneria chimica al MIT ha detto:
«Fondamentalmente abbiamo costruito il primo risonatore termico, è qualcosa che può stare su una scrivania e generare energia da ciò che sembra niente: in effetti, siamo circondati da fluttuazioni di temperatura, è una fonte di energia non sfruttata».
Il materiale per un tale sistema deve essere efficace per una caratteristica poco conosciuta chiamata effusività termica, descrive quanto velocemente il materiale può catturare calore dall’ambiente circostante o rilasciarlo. L’effusività termica è la combinazione di conduzione termica e capacità termica: la prima si riferisce a quanto velocemente il calore può essere distribuito attraverso il materiale; la seconda si riferisce a quanto calore può essere immagazzinato.
Nella maggior parte dei materiali, come la ceramica, una di queste proprietà è alta, mentre l’altra è bassa (le ceramiche hanno bassa conduzione ma alta capacità termica). I ricercatori per aggirare questo problema hanno creato il dispositivo la cui struttura di base è quella della schiuma metallica costituita da nichel o rame, rivestita di grafene. Ciò consente una migliore conducibilità termica. La schiuma in seguito è infusa con un materiale ceramico a cambiamento di fase chiamato ottadecano, in un intervallo specifico di temperatura può trasformarsi in solido e liquido.
Anton Cottrill del MIT, autore principale del nuovo studio ha detto:
«Il materiale a cambiamento di fase ti dà una conduzione molto veloce quando immagazzina il calore e il grafene, in fase di test su un campione del nuovo materiale, abbiamo rivelato che un semplice cambiamento di temperatura di 10°C tra la notte e il giorno ha portato il materiale a produrre 350 millivolt di potenziale e 1,3 milliwatt di potenza. Ciò è sufficiente per alimentare un piccolo sistema di comunicazione o sensori ambientali».
Come funziona il dispositivo? Un lato del dispositivo cattura il calore, che poi si irradia lentamente verso l’altro lato. Un lato è sempre in ritardo, mentre il sistema cerca di raggiungere l’equilibrio. Questa perenne differenza tra le due parti può quindi essere raccolta attraverso termoelettrici convenzionali.
Michael Strano ha aggiunto:
«La combinazione della schiuma metallica, del grafene e dell’ottadecano lo rende il più alto materiale di effusività termica finora disponibile».
Volodymyr Koman del MIT, co-autore del nuovo studio, ha aggiunto:
«Tali sistemi potrebbero anche fornire fonti di energia a lunga durata e a basso consumo per i rover spaziali che esplorano altri pianeti».
Kourosh Kalantar-zadeh, professore d’ingegneria presso la RMIT University in Australia, ha definito tale approccio un nuovo sviluppo con un grande futuro, ha detto:
«Potenzialmente può svolgere un ruolo inaspettato nelle unità complementari di raccolta dell’energia. Per competere con altre tecnologie di raccolta dell’energia, sono richieste tensioni e potenze sempre più elevate. Personalmente ritengo che sia possibile ottenere molto di più investendo maggiormente nel concetto. E’ una tecnologia attraente, in futuro sarà molto utilizzata».
La nuova ricerca pubblicata sulla rivista Nature Communications, è stata finanziata da una sovvenzione dell’Arabia Saudita King Abdullah University of Science and Technology (KAUST). L’università saudita spera di utilizzare il sistema per alimentare reti di sensori che monitorano le condizioni operative nei giacimenti petroliferi e di perforazione del gas.