Forskare kommer närmare att designa termoelektriska material som effektivt skördar värme från den omgivande miljön och omvandlar den till elektricitet för att driva olika enheter och apparater, enligt en översyn av den senaste forskningen i tidskriften Vetenskap och teknik för avancerade material . Enheter tillverkade med dessa material kan undvika behovet av att ladda, byta och kassera batterier.

För att termoelektriska material ska vara effektiva energiproducenter, de måste kunna hålla värme och leda elektricitet väl. Termoelektriska material som kan arbeta nära rumstemperatur och är flexibla skulle vara särskilt fördelaktiga, särskilt för användning i bärbara enheter.

Tre typer av ledande material undersöks för användning i termoelektriska enheter:oorganiska, organiska och hybridmaterial.

Oorganiska termoelektriska material omvandlar effektivt värme till elektricitet, men är inte särskilt flexibla. Forskare arbetar för att övervinna detta hinder. Till exempel, en flexibel termoelektrisk anordning tillverkades med användning av krom (90% nickel och 10% krom) och konstantan (55% koppar och 45% nickel) lager täckta av ett flexibelt ark tillverkat av polyimid och koppar. Mikro-termoelektriska generatorer baserade på oorganiska material har potentiella tillämpningar inom miljö- och byggnadsövervakning, djurspårning, säkerhet och övervakning, och medicinsk behandling. De har redan introducerats i kommersiella enheter, till exempel en kroppsvärmedriven klocka tillverkad av Seiko.

De flesta organiska termoelektriska enheter involverar polymerer. Halvledande polymerer leder elektricitet och håller värme bättre än konventionella oorganiska halvledare. De är också lättare och billigare. Till skillnad från styva oorganiska material, de är flexibla och formbara och kan tillverkas i vilken form som helst med 3D-skrivare. Dock, de är mindre effektiva vid omvandling av värme till el. Forskare försöker förbättra polymerens termoelektriska effektivitet genom att justera kompositionen, längden och arrangemanget av deras molekyler, syftar till att öka den elektriska konduktiviteten och kristalliniteten hos det slutliga materialet.

Forskning som syftar till att kombinera fördelarna med organiska och oorganiska material genom att blanda dem är inriktat på att hitta optimala kompositioner och förbättra blandningsprocessen. Till exempel, inbäddning av organiska molekyler i oorganiska titandisulfidkristaller gör dem flexibla och minskar deras värmeledningsförmåga. Detta förbättrar den totala termoelektriska prestandan.

Författarna drar slutsatsen att termoelektriska enheter potentiellt kan ersätta traditionella batterier i många applikationer, men mycket arbete med att förbättra termoelektriska material krävs för att nå framgång i denna riktning.