termoelettriche

Le termoelettrotriche (termoelettriche) è un campo che studia la conversione diretta tra calore ed elettricità usando gli effetti termoelettrici, in particolare l’effetto Seebeck per generare energia da una differenza di temperatura e l’effetto Peltier per produrre raffreddamento o riscaldamento applicando una corrente. I dispositivi principali sono i generatori termoelettici o moduli termoelettropari (TEC) per la produzione di energia, e i moduli Peltier impiegati nel raffreddamento di componenti o nel controllo termico.

Principi: un materiale termoelettrico produce una tensione quando esiste una disomogeneità termica tra due giunzioni (effetto Seebeck). Se si fa scorrere una corrente, il calore può essere trasportato da una giunzione all’altra (effetto Peltier). La performance è descritta dal coefficiente di Seebeck S, dalla conduttività elettrica σ e dalla conduttività termica κ, combinati nel parametro zT = S^2σT/κ. L’efficienza massima di un generatore termoelettrico è correlata al valore di zT e al rapporto di temperature (η_max ≈ η_Carnot × (√(1+zT)−1)/(√(1+zT)+1)). Con zT attorno a 1, le efficienze reali sono tipicamente una frazione della Carnot, spesso nell’ordine di pochi punti percentuali fino a circa 10% della efficienza di Carnot per grandi differenze di temperatura.

Materiali e applicazioni: i materiali comuni includono Bi2Te3/Sb2Te3 per temperature vicine a l’ambiente, PbTe-based e skutteruditi per temperature più elevate; sono in costante miglioramento tramite nanostrutturazione e drogaggio per aumentare zT. Applicazioni: recupero di calore di scarto in processi industriali ed energetici, raffreddamento termoelettrico di componenti elettronici, e generatori termoelettrici (RTG) nello spazio per sonde e satelliti.

Sfide: elevato costo, disponibilità di materiali, opacità nel mantenere alte prestazioni su grandi ΔT, durata e affidabilità. La ricerca mira a nuovi materiali con zT superiore e a migliori integrazioni nei sistemi energetici.