Materiali termoelettrici

Materiali termoelettrici sintetizzati usando minerali di scarto

Nell’ambito del progetto START, MBN ha sviluppato una polvere termoelettrica avanzata di tipo p basata sul composto tetraedrite Cu₁₂₋ₓ(TM)ₓSb₄S₁₃ (TM = Fe, Zn). Le tetraedriti sono solfuri minerali a base di rame apprezzati per la loro bassa conduttività termica, l’uso di elementi abbondanti in natura e non tossici, con un forte potenziale nella conversione sostenibile dell’energia. Attraverso la doppia sostituzione del Cu con Fe e Zn, il materiale di MBN raggiunge una concentrazione ottimizzata di portatori, arrivando ad un fattore di merito (ZT) > 1 ed con un’efficienza di picco vicina ai 350 °C.

Prodotto tramite il processo proprietario Mechanomade®, questa sintesi allo stato solido e senza sottoprodotti garantisce fasi omogenee e un controllo preciso della composizione. Il consolidamento tramite sinterizzazione con plasma a scintilla (SPS) produce gambe dense e a grana fine con elevata conduttività elettrica, bassa conduttività termica e robusta integrità meccanica.

COMPOSIZIONE
Rame bal. – Antimonio 30% – Zolfo 25% – Zinco 2% – Ferro 1,7%

PROPRIETÀ
Coefficiente Seebeck 240–250 μV/K
Resistività elettrica 55–60 μΩ·m
Conducibilità termica 0,6 W/mK
ZT 1,1
Fattore di potenza 1 mW/mK²

MBN ha sviluppato una polvere termoelettrica di tipo N basata sul sistema Mg₃(Sb,Bi)₂. Questa classe di materiali rappresenta una delle alternative senza tellurio più promettenti per applicazioni termoelettriche a bassa e media temperatura, combinando una conducibilità termica intrinsecamente bassa con un trasporto elettronico favorevole. Attraverso un drogaggio ottimizzato e la sostituzione parziale di Sb con Bi, MBN ha ottenuto una maggiore concentrazione di portatori e un intervallo di efficienza esteso, con un picco ZT di 1,6 vicino ai 350 °C.

Sintetizzata tramite la meccanosintesi proprietaria Mechanomade®, la polvere è miscelata uniformemente su scala atomica, garantendo una formazione di fase controllata e una morfologia fine. La sinterizzazione con plasma a scintilla (SPS) consente una rapida densificazione preservando la nanostruttura che sopprime il trasporto dei fononi. I componenti risultanti combinano un’elevata conduttività elettrica, una bassa conduttività termica e una robusta integrità meccanica per un funzionamento nei dispositivi termoelettrici affidabile nel tempo.

COMPOSIZIONE
Magnesio bilanciato – Antimonio 48% – Bismuto 28%

PROPRIETÀ
Coefficiente Seebeck da –230 a –240 μV/K
Resistività elettrica 30–35 μΩ·m
Conducibilità termica 0,8–0,9 W/mK
ZT 1,2
Fattore di potenza 1,6 mW/mK²