Os cientistas estão cada vez mais perto de projetar materiais termoelétricos que coletam calor do ambiente circundante de forma eficiente e o convertem em eletricidade para alimentar vários dispositivos e eletrodomésticos, de acordo com uma revisão das últimas pesquisas na revista Ciência e Tecnologia de Materiais Avançados . Dispositivos feitos com esses materiais podem evitar a necessidade de recarga, troque e descarte as baterias.

Para que os materiais termelétricos sejam produtores de energia eficientes, eles precisam ser capazes de reter o calor e conduzir bem a eletricidade. Materiais termoelétricos que podem funcionar perto da temperatura ambiente e são flexíveis seriam especialmente vantajosos, particularmente para uso em dispositivos vestíveis.

Três tipos de materiais condutores estão sendo investigados para uso em dispositivos termoelétricos:inorgânicos, materiais orgânicos e híbridos.

Materiais termoelétricos inorgânicos convertem calor em eletricidade de forma eficiente, mas não são muito flexíveis. Os pesquisadores estão trabalhando para superar esse obstáculo. Por exemplo, um dispositivo termoelétrico flexível foi fabricado com camadas de cromo (90% níquel e 10% cromo) e constantan (55% cobre e 45% níquel) revestidas por uma folha flexível de poliimida e cobre. Geradores micro-termoelétricos baseados em materiais inorgânicos têm aplicações potenciais no monitoramento ambiental e de edifícios, rastreamento de animais, segurança e vigilância, e tratamento médico. Eles já foram introduzidos em dispositivos comerciais, como um relógio movido a calor do corpo fabricado pela Seiko.

A maioria dos dispositivos termoelétricos orgânicos envolvem polímeros. Os polímeros semicondutores conduzem eletricidade e retêm o calor melhor do que os semicondutores inorgânicos convencionais. Eles também são mais leves e menos caros. Ao contrário de materiais inorgânicos rígidos, eles são flexíveis e moldáveis ​​e podem ser produzidos em qualquer formato usando impressoras 3-D. Contudo, eles são menos eficientes na conversão de calor em eletricidade. Os pesquisadores estão tentando melhorar a eficiência termoelétrica dos polímeros ajustando a composição, comprimento e arranjo de suas moléculas, visando aumentar a condutividade elétrica e a cristalinidade do material final.

A pesquisa que visa combinar as vantagens dos materiais orgânicos e inorgânicos misturando-os é focada em encontrar composições ideais e melhorar o processo de mistura. Por exemplo, a incorporação de moléculas orgânicas em cristais de dissulfeto de titânio inorgânico os torna flexíveis e reduz sua condutividade térmica. Isso melhora o desempenho termoelétrico geral.

Os autores concluem que os dispositivos termoelétricos podem potencialmente substituir as baterias tradicionais em muitas aplicações, mas é necessário muito trabalho para melhorar os materiais termoelétricos para alcançar o sucesso nessa direção.