Dagli USA il materiale termoelettrico più efficiente al mondo

Riuscire a trasformare il calore di scarto in elettricità potrebbe dare una svolta all’efficienza energetica. Oggi le tecnologie termoelettriche hanno trovato alcune applicazioni di nicchia (come l’alimentazione del rover NASA spedito su Marte), ma la maggior parte delle loro potenzialità rimane preclusa al mercato. Il motivo? Le caratteristiche del materiale termoelettrico e i relativi trattamenti e finiture delle superfici su cui si basano. Si tratta di composti in grado di offirre un potenziale elettrico in presenza di una differenza di temperatura. Per essere utili a livello pratico devono possedere una buona conduttività elettrica ma una conduttività termica estremamente bassa. E per trovare posto a livello industriale, recuperando ad esempio il calore scartato dalle centrali elettriche, devono anche rimanere stabili a temperature molto elevate. In altre parole, produrre il materiale termoelettrico perfetto e utile appare un’impresa ardua. Tutte le proprietà necessarie vengono soppesate tra loro ed espresse attraverso la cifra di merito ZT. Questo numero è passato da meno 1 oltre un decennio fa, a 2.2 nel 2012 e più recentemente a 2.7. Un gruppo di ingegneri della Northwestern University, nell’Illinois, afferma di aver raggiunto per la prima volta uno ZT record di 3.1.

Perfezionamento

La chiave del successo è un materiale termoelettrico chiamato seleniuro di stagno (SeSn), che il team aveva precedentemente utilizzato in forma di cristallo singolo raggiungendo un valore di 2.6 a 913 Kelvin. Tuttavia, il composto originale mostrava una fragilità troppo alta per la sua produzione di massa. Problema successivamente risolto con una forma policristallina, più forte e più facile da tagliare e modellare secondo necessità. Sfortunatamente, la prima versione multicristallina ha mostrato fin da subito un’elevata conduttività termica, caratteristica che riduce l’effetto termoelettrico. I ricercatori della Northwestern University hanno cercato di capire quale fosse il problema scoprendo il colpevole: un sottile strato di stagno ossidato formatosi sulla superficie. Ma una volta purificati i materiali di partenza e rimossi gli strati ossidati, lo ZT è schizzato a 3.1 a 783 Kelvin.