Energia elettrica dal calore del corpo

Alla ricerca di nuove fonti di energia, team di ricercatori in diverse parti del mondo tecnologicamente avanzato, stanno mettendo a punto dispositivi termoelettrici ad alta efficienza, che convertono il calore in energia elettrica. Già nel 1954 Telkes aveva progettato e realizzato un dispositivo termoelettrico basato sull’effetto Seebeck (effetto per il quale si può generare elettricità da una differenza di temperatura), ma la bassa efficienza aveva raffreddato gli entusiasmi e smorzato gli investimenti.

Questa situazione potrebbe cambiare in tempi brevi. Dopo 50 anni di stasi, alcuni ricercatori sono riusciti, infatti, a triplicare il rendimento di molti dispositivi capaci di generare elettricità da una differenza di temperatura. Si è aperta, così, la corsa tra chi sarà il primo in grado di offrire soluzioni applicative.

La sfida per massimizzare il rendimento risiede nel proporre un nuovo materiale termoelettrico che abbia bassa conducibilità termica ed elevata conducibilità elettrica. Tale materiale, inoltre, deve assicurare elevata efficienza di esercizio (periodi di funzionamento molto prolungati) e convenienza economica nella produzione su larga scala. Il rendimento con il quale il materiale trasforma calore in elettricità è indicato dal valore ZT che dipende da un coefficiente S (coefficiente di Seebeck) specifico, dalla conduttività termica k (kappa) e dal valore di conducibilità elettrica s (sigma) che si calcola secondo la formula: S2s/k.

I ricercatori dell’Università di Linkoping in Svezia hanno presentato un nuovo polimero conduttore, il cui nome tecnico è poly-3,4-etiledioxitiofene (PEDOT) complessato con tosilato (Tos), come un nuovo materiale termoelettrico promettente. L’articolo dal titolo Optimization of the thermoelectric figure of merit in the conducting polymer poly(3,4-etiledioxitiofene) è apparso su “Nature Materials” lo scorso maggio.

I ricercatori hanno esposto il PEDOT, complessato con tosilato (PEDOT-Tos), al flusso di un particolare gas composto da vapori di molecole di tetradimetilamminoetilene (TDAE). Questi vapori alterano la struttura elettronica del polimero stesso attraverso un processo chimico di ossidoriduzione. Avendo notato che l’effetto termoelettrico (misurato dal coefficiente di Seebeck) aumenta al diminuire del livello di ossidazione del polimero e che anche la conducibilità elettrica diminuisce per la stessa variazione, i ricercatori svedesi hanno dedotto che esiste un valore ottimale della concentrazione dei vapori di TDAE, in corrispondenza del quale si può ottenere l’ottimizzazione del rendimento (valore ZT), legato alle proprietà termoelettriche del materiale.

Per verificare le potenzialità di questo polimero, è stato realizzato un dispositivo per ink-jet e sperimentato applicando una lieve differenza di temperatura di circa 10°C tra le due superfici esterne dello stesso dispositivo. La potenza elettrica erogata è stata pari a 0.128 mW, da cui si può valutare una densità di potenza pari a 0.27mW/cm2, corrispondente ad una variazione di temperatura DT= 30°C. Tale potenza ottenuta è un ottimo risultato, poiché è il valore più alto finora raggiunto con dispositivi realizzati con polimeri conduttori.

A questo punto, pensare di poter sfruttare la temperatura del nostro corpo per generare corrente in dispositivi biomedicali, tipo il pacemaker, è un obiettivo ormai raggiungibile in un prossimo futuro.

(Antonella Rizzo)