Il calore di scarto attraverso la conversione di questo calore in elettricità, un processo chiamato conversione termoelettrica, è una fonte molto promettente per la conservazione e il riutilizzo dell’energia. I dispositivi di conversione termoelettrica disponibili in commercio sono sintetizzati utilizzando metalli rari, pur essendo abbastanza efficienti, sono costosi e, nella maggior parte dei casi, utilizzano materiali tossici. Entrambi questi fattori hanno fatto sì che questi convertitori siano di uso limitato. I materiali termoelettrici a base di ossidi sono una delle alternative, ma lo svantaggio principale di questi materiali è la mancanza di test della loro stabilità alle alte temperature.
Il team guidato dal professor Hiromichi Ohta dell’Istituto di Ricerca per le Scienze Elettroniche dell’Università di Hokkaido ha sintetizzato un convertitore termoelettrico a base di ossido di cobalto di bario che è riproducibile, stabile ed efficiente a temperature fino a 600° C. I risultati saranno pubblicati nella rivista ACS Applied Materials & Interfaces.
La conversione termoelettrica è guidata dall’effetto Seebeck (è un effetto termoelettrico per cui, in un circuito costituito da conduttori metallici o semiconduttori, una differenza di temperatura genera una differenza di potenziale), in pratica quando c’è una differenza di temperatura attraverso un materiale conduttore, si genera una corrente elettrica. Tuttavia, l’efficienza della conversione termoelettrica dipende da un valore chiamato “Cifra di merito termoelettrica ZT”.
Storicamente, i convertitori a base di ossidi avevano un basso ZT, la recente ricerca ha rivelato molti candidati che hanno un alto ZT, ma la loro stabilità alle alte temperature non era ben documentata.
Il team di Hiromichi Ohta lavora da oltre vent’anni su pellicole stratificate di ossido di cobalto. Il team in questo studio ha cercato di esaminare la stabilità termica e chimica di queste pellicole, nonché di misurarne i valori ZT alle alte temperature. Hanno testato pellicole di ossido di cobalto stratificate con sodio, calcio, stronzio o bario, analizzandone la struttura, la resistività e la conduttività termica.
Il team ha scoperto che, tra le quattro varianti, la pellicola stratificata di ossido di cobalto e bario ha mantenuto la sua stabilità in termini di integrità strutturale e resistività elettrica a temperature fino a 600 °C. Le pellicole di ossido di sodio e di calcio in confronto erano stabili solo fino a 350° C, mentre la pellicola di ossido di stronzio cobalto era stabile fino a 450° C.
Lo ZT della pellicola di ossido di cobalto e bario è aumentato con la temperatura, raggiungendo ~0,55 a 600° C, paragonabile a quello di alcuni convertitori termoelettrici disponibili in commercio.
Hiromichi Ohta ha dichiarato:
«Il nostro studio ha dimostrato che le pellicole di ossido di cobalto e bario sono ottimi candidati per i dispositivi di conversione termoelettrica ad alta temperatura. Inoltre, sono rispettosi dell’ambiente, il che ne consente un’ampia diffusione».
