Wetenschappers komen dichter bij het ontwerpen van thermo-elektrische materialen die efficiënt warmte uit de omgeving halen en omzetten in elektriciteit om verschillende apparaten en apparaten van stroom te voorzien, volgens een recensie van het laatste onderzoek in het tijdschrift Wetenschap en technologie van geavanceerde materialen . Apparaten die met deze materialen zijn gemaakt, kunnen de noodzaak om op te laden, batterijen vervangen en weggooien.

Om thermo-elektrische materialen efficiënte energieproducenten te laten zijn, ze moeten warmte kunnen vasthouden en elektriciteit goed kunnen geleiden. Thermo-elektrische materialen die bij kamertemperatuur kunnen werken en flexibel zijn, zouden bijzonder voordelig zijn, vooral voor gebruik in draagbare apparaten.

Er wordt onderzoek gedaan naar drie soorten geleidende materialen voor gebruik in thermo-elektrische apparaten:anorganische, organische en hybride materialen.

Anorganische thermo-elektrische materialen zetten warmte efficiënt om in elektriciteit, maar zijn niet erg flexibel. Onderzoekers werken eraan om deze hindernis te overwinnen. Bijvoorbeeld, een flexibel thermo-elektrisch apparaat werd vervaardigd met behulp van chromel (90% nikkel en 10% chroom) en constantaan (55% koper en 45% nikkel) lagen bedekt met een flexibele plaat gemaakt van polyimide en koper. Micro-thermo-elektrische generatoren op basis van anorganische materialen hebben potentiële toepassingen in milieu- en gebouwbewaking, dieren volgen, beveiliging en bewaking, en medische behandeling. Ze zijn al geïntroduceerd in commerciële apparaten, zoals een door Seiko vervaardigd horloge dat door lichaamswarmte wordt aangedreven.

De meeste organische thermo-elektrische apparaten bevatten polymeren. Halfgeleidende polymeren geleiden elektriciteit en houden warmte beter vast dan conventionele anorganische halfgeleiders. Ze zijn ook lichter en goedkoper. In tegenstelling tot harde anorganische materialen, ze zijn flexibel en vormbaar en kunnen in elke vorm worden geproduceerd met behulp van 3D-printers. Echter, ze zijn minder efficiënt in het omzetten van warmte in elektriciteit. Onderzoekers proberen de thermo-elektrische efficiëntie van polymeren te verbeteren door de samenstelling af te stemmen, lengte en rangschikking van hun moleculen, gericht op het verhogen van de elektrische geleidbaarheid en kristalliniteit van het uiteindelijke materiaal.

Onderzoek dat tot doel heeft de voordelen van organische en anorganische materialen te combineren door ze samen te mengen, is gericht op het vinden van optimale samenstellingen en het verbeteren van het mengproces. Bijvoorbeeld, het inbedden van organische moleculen in anorganische titaniumdisulfidekristallen maakt ze flexibel en vermindert hun thermische geleidbaarheid. Dit verbetert de algehele thermo-elektrische prestaties.

De auteurs concluderen dat thermo-elektrische apparaten in veel toepassingen de traditionele batterijen kunnen vervangen, maar er is veel werk aan het verbeteren van thermo-elektrische materialen nodig om succes in deze richting te bereiken.