Les scientifiques se rapprochent de la conception de matériaux thermoélectriques qui récupèrent efficacement la chaleur de l'environnement et la convertissent en électricité pour alimenter divers appareils et appareils, selon une revue des dernières recherches dans la revue Science et technologie des matériaux avancés . Les appareils fabriqués avec ces matériaux pourraient éviter le besoin de recharger, changer et jeter les piles.

Pour que les matériaux thermoélectriques soient des producteurs d'énergie efficaces, ils doivent pouvoir retenir la chaleur et bien conduire l'électricité. Des matériaux thermoélectriques pouvant fonctionner près de la température ambiante et flexibles seraient particulièrement avantageux, en particulier pour une utilisation dans des appareils portables.

Trois types de matériaux conducteurs sont à l'étude pour une utilisation dans des dispositifs thermoélectriques :inorganiques, matériaux organiques et hybrides.

Les matériaux thermoélectriques inorganiques convertissent efficacement la chaleur en électricité, mais ne sont pas très flexibles. Les chercheurs s'efforcent de surmonter cet obstacle. Par exemple, un dispositif thermoélectrique flexible a été fabriqué en utilisant des couches de chromel (90 % de nickel et 10 % de chrome) et de constantan (55 % de cuivre et 45 % de nickel) recouvertes d'une feuille flexible de polyimide et de cuivre. Les générateurs micro-thermoélectriques à base de matériaux inorganiques ont des applications potentielles dans la surveillance de l'environnement et des bâtiments, pistage d'animaux, sécurité et surveillance, et un traitement médical. Ils ont déjà été introduits dans des appareils commerciaux, comme une montre à chaleur corporelle fabriquée par Seiko.

La plupart des dispositifs thermoélectriques organiques impliquent des polymères. Les polymères semi-conducteurs conduisent l'électricité et retiennent mieux la chaleur que les semi-conducteurs inorganiques conventionnels. Ils sont aussi plus légers et moins chers. Contrairement aux matériaux inorganiques rigides, ils sont flexibles et moulables et peuvent être produits sous n'importe quelle forme à l'aide d'imprimantes 3D. Cependant, ils sont moins efficaces pour convertir la chaleur en électricité. Les chercheurs tentent d'améliorer l'efficacité thermoélectrique des polymères en ajustant la composition, longueur et disposition de leurs molécules, visant à augmenter la conductivité électrique et la cristallinité du matériau final.

La recherche qui vise à combiner les avantages des matériaux organiques et inorganiques en les mélangeant est axée sur la recherche de compositions optimales et l'amélioration du processus de mélange. Par exemple, l'incorporation de molécules organiques dans des cristaux de disulfure de titane inorganique les rend flexibles et réduit leur conductivité thermique. Cela améliore les performances thermoélectriques globales.

Les auteurs concluent que les dispositifs thermoélectriques peuvent potentiellement remplacer les batteries traditionnelles dans de nombreuses applications, mais beaucoup de travail sur l'amélioration des matériaux thermoélectriques est nécessaire pour réussir dans cette direction.