Produrre energia elettrica recuperando il calore di motori, elettrodomestici e rifiuti industriali. È la sfida che vede protagonisti i materiali termoelettrici, in grado di generare elettricità se usati come “ponte” tra un oggetto caldo e uno freddo. E che potrebbe essere arrivata a un punto di svolta grazie al lavoro degli scienziati della Vienna University of Technology, che hanno scoperto una nuova tipologia di materiali termoelettrici dal rendimento molto maggiore rispetto a quelli utilizzati oggi. Il “trucco”, spiegano i ricercatori sulle pagine di Nature Materials, sta nella struttura cristallina del materiale, all’interno della quale sono “intrappolati” degli atomi di cerio. Il loro continuo “sferragliare” contro le sbarre della gabbia magnetica in cui sono confinati sarebbe respnsabile delle proprietà eccezionalmente favorevoli del materiale.
In gergo scientifico, strutture come queste sono dette clatrati. “Hanno proprietà termiche davvero notevoli”, racconta Silke Bühler-Paschen, uno degli autori del lavoro. “Il loro comportamento dipende dall’interazione tra gli atomi intrappolati e la gabbia che li cirdonda. Abbiamo pensato al cerio perché le suo proprietà magnetica prometteva un’interazione particolarmente interessante”. Il problema sta nel fatto che, almeno finora, confinare questo tipo di atomi era molto difficile. L’équipe di Bühler-Paschen ci è riuscita utilizzando una sofisticata e innovativa tecnica di crescita dei cristalli in un forno a specchi. Tutto ha funzionato alla perfezione: alla fine del procedimento, gli scienziati hanno ottenuto una cristallo in bario, oro e silicio in cui era possibile incapsulare singoli atomi di cerio.
A questo punto, i ricercatori ne hanno testato le proprietà termoelettriche. “Il moto termico degli elettroni nel materiale dipende dalla temperatura”, continua Bühler-Paschen. “Quando un materiale termoelettrico è usato per connettere un oggetto caldo a uno freddo, gli elettroni tendono a diffondere da una parte all’altra: per questa ragione si crea una differenza di potenziale e inizia a scorrere la corrente”. Gli esperimenti hanno mostrato che gli atomi di cerio aumentano del 50% il termopotere del materiale; inoltre, la conduttività termica dei clatrati è molto bassa, il che rende più semplice mantenere costante la differenza di temperatura tra i due oggetti.
L’équipe di Vienna cercherà ora di riprodurre questo effetto con altri tipi di clatrati, sostituendo l’oro con materiali più economici per rendere il materiale più appetibile dal punto di vista commerciale. E “ci sono buone speranze”, affermano gli scienziati, “che clatrati di questo tipo possano essere utilizzati in futuro per trasformare il calore dei rifiuti industriali, ma non solo, in preziosa energia elettrica”.
Riferimenti: Nature Materials doi:10.1038/nmat3756
Credits immagine: TU Vienna
