giornate sulla termoelettricita - Giornate sulla Termoelettricità

GIORNATE SULLA
TERMOELETTRICITA’
21-22 FEBBRAIO 2013
Aula Blu, Area della ricerca di Padova
Corso Stati Uniti 4, 35127 Padova
Programma ed elenco degli interventi
Comitato Scientifico e Organizzatore
Sergio Daolio (IENI), Monica Fabrizio (IENI Padova),
Vincenzo Buscaglia (IENI Genova), Stefano Boldrini (IENI
Padova), Stefania Fiameni (IENI Padova), Simone
Battiston (IENI Padova), Matteo Codecasa (IENI Lecco).
Giovedì 21 febbraio 2013
14.00
Registrazione
14.30
Saluti del Direttore dello IENI, Dott. Sergio Daolio
14.40
Presentazioni (aula blu)
Vincenzo Buscaglia (CNR-IENI Genova)
Giorgio Spinolo (Università di Pavia)
Piercarlo Mustarelli (Università di Pavia)
Roberto Pierobon (Veneto Nanotech)
Paola Bruno (CNR-IIT Milano)
16.20
Coffee break
16.50
Presentazioni (aula blu)
Stefano Boldrini (CNR-IENI Padova)
Mauro Brignone (Centro Ricerche Fiat)
Daniela Magnetto (Centro Ricerche Fiat)
Marco Ranalli (Gentherm)
18.30
Bus navetta da CNR per Hotel
20:30
Cena Ristorante Pontecorvo
Influenza della dimensione dei
grani sulla conducibilità termica di
nanoceramici La:SrTiO3
Sintesi di materiali nanostrutturati
massivi mediante tecniche di Field
Assisted Sintering
NMR allo stato solido applicato
allo studio di ossidi complessi
Characterization of telluride based
thermoelectric materials obtained
by a novel powder metallurgy
process
Materiali termoelettrici a base
polimerica
Sintesi e caratterizzazione di
materiali
termoelettrici
per
temperature medio-alte a base di
siliciuri
Impatto
sull’applicazione
automotive
di
materiali
termoelettrici
innovativi:
il
siliciuro di magnesio – progetto
FP7 THERMOMAG
HeatReCar: first light commercial
Vehicle equipped with a TEG
Presente
e
futuro
delle
applicazioni termoelettriche nel
settore automotive
Venerdì 22 febbraio 2013
8.30
Bus navetta da Hotel a CNR
9.00
Presentazioni (aula blu)
Armando Rastelli (Università di Linz, Austria)
Federico Iori (Università di Modena - Reggio Emilia)
Dario Narducci (Università Milano Bicocca)
Stefano Cecchi (Politecnico di Milano)
Giovanni Pennelli (Università di Pisa)
Carlo Fanciulli (CNR-IENI Lecco)
11.00
Coffee Break
11.30
Presentazioni (aula blu)
Andrea Tona (Politecnico di Torino)
Paolo Bison (CNR-ITC Padova)
Stefano Piva (Università di Ferrara)
Luca Francioso (CNR-IMM Lecce)
Ugo Chiarotti (Centro Sviluppo Materiali Spa)
Controllo
della
conducibilità
termica di multistrati epitassiali di
Silicio-Germanio
Trasporto elettronico a principi
primi in eterostrutture di Si/Ge
Silicio de novo: prospettive di un
materiale maturo ma ancora
giovanile
Ge-rich SiGe Multilayers for
Thermoelectric
Applications:
Growth and Characterization
Nets
of
interconnected
nanostructures for high efficiency
thermal to electrical energy
conversion
Effetti di processing meccanico su
materiali termoelettrici
La misura di ZT col metodo del
Porcospino
Misura di parametri termofisici di
materiali
massivi
e
film
nanometrici
con
particolare
riferimento
ai
dispositivi
termoelettrici
Aspetti termici nell'impiego di
moduli
termoelettrici
in
generazione
Ottimizzazione delle caratteristiche
meccaniche e termiche di un
package
ibrido
per
microgeneratore termoelettrico
Sviluppo di un prototipo per
Thermoelectric Power Generation
in ambiente industriale
13.10
Discussione: conclusioni e prospettive
13.30
Pranzo in mensa CNR
14:30
Visita ai laboratori CNR-IENI
Giovedì 21 febbraio 2013
Abstract delle presentazioni
Influenza della dimensione dei grani sulla conducibilità termica di nanoceramici
La:SrTiO3
Vincenzo Buscaglia1, Maria Teresa Buscaglia1, Filippo Maglia2, Umberto Anselmi Tamburini2,
Daniele Marrè3, Ilaria Pallecchi4, Adelina Ianculescu5, Monica Fabrizio6
1
IENI-CNR, UOS Genova, Via De Marini 6, 16149 Genova
Dip.to. di Chimica, Università di Pavia, Viale Taramelli 12, 27100 Pavia
3
Dip.to di Fisica, Università di Genova, Via Dodecaneso 33, 16146 Genova
4
SPIN-CNR, C.so Perrone 24, 16152 Genova
5
Department of Science and Engineering of Oxide Materials, Polytechnics University of Bucharest,
1–7 Gh. Polizu, PO Box 12–134, 011061 Bucharest, Romania
6
IENI-CNR, UOS Padova, Corso Stati Uniti 4, 35127 Padova
2
Il titanato di stronzio drogato con elementi donori quali La e Nb mostra una buona conducibilità
elettrica e un elevato coefficiente di Seebeck che lo rendono un materiale con interessanti proprietà
termoelettriche considerate la sua elevata stabilità termica, il basso costo e l’assenza di elementi
tossici. Tuttavia la sua figura di merito ZT è limitata (0.3-0.4 a 1000K) a causa della elevata
conducibilità termica (κ, dell’ordine di 11 Wm-1K-1 at temperatura ambiente). Una riduzione
sostanziale di κ nei solidi può essere ottenuta introducendo un elevato numero di interfacce tramite
nanostrutturazione. Questa strategia si è dimostrata molto efficace nel caso dei materiali
termoelettrici tradizionali quali SiGe, PbTe e Bi2Te3 ma il suo effetto è stato scarsamente studiato
nel caso degli ossidi. In questa presentazione verrà discusso l’effetto della dimensione dei grani
sulla conducibilità termica di ceramici di titanato di stronzio drogato con lantanio (10% in atomi),
LST. Ceramici densi di LST con dimensione dei grani comprese tra 24 e 82 nm sono stati
densificati a 800-1100°C tramite spark plasma sintering (SPS) a partire da nanopolveri preparate
con due diverse metodologie. Ceramici a grana più grossa (0.5 e 6.3 micron) sono stati poi ottenuti
per ricottura a temperature più elevate di alcuni campioni prodotti via SPS. Le misure di κ sono
state effettuate tra 10 e 300K. I dati mostrano una progressiva riduzione della conducibilità termica
con il diminuire della dimensione dei grani. Tale riduzione diviene molto accentuata quando la
dimensione dei grani è inferiore a 35 nm. La diminuzione osservata a temperatura ambiente per il
ceramico con grani di 24 nm è pari ad un ordine di grandezza se si prende come riferimento il
valore ottenuto per il cristallo singolo (11 Wm-1K-1). Il comportamento della conducibilità termica
nell’intervallo di dimensione dei grani tra 38 e 500 nm è ben descritto da un modello basato sul
concetto di resistenza termica associata al bordo grano (resistenza di Kapitza). Oltre che dallo
scattering dei fononi al bordo grano, κ è anche influenzata dallo scattering dei fononi da parte dei
difetti reticolari, quali gli ioni La nelle posizioni reticolati dello Sr e le vacanze cationiche. La
rapida diminuzione della conducibilità termica per grani inferiori a 35 nm implica l’esistenza di un
meccanismo ulteriore di scattering dei fononi ma ulteriori approfondimenti sono richiesti per
chiarire tale fenomeno.
Sintesi di materiali nanostrutturati massivi mediante tecniche di Field
Assisted Sintering
Giorgio Spinolo
Dipartimento di Chimica, Sezione di Chimica Fisica, Università di Pavia, Via Taramelli 16,
27100 Pavia
Negli ultimi anni si è assistito ad un sempre crescente interesse verso la realizzazione di
materiali massivi policristallini caratterizzati da dimensione dei grani inferiore ai 50 nm. Questi
materiali presentano infatti la possibilità di introdurre anche nelle applicazioni in cui si richiede
un materiale in forma massiva, alcune delle peculiarità tipiche della nanostruttura e generalmente
riscontrate solo in film sottili o in nanopolveri,. Materiali massivi caratterizzati da dimensioni dei
grani estremamente ridotte presentano infatti una elevatissima densità di bordi grano, con
frequente profonda alterazione delle proprietà fisiche funzionali. Le proprietà di bulk del
reticolo, controllate dalla natura e dalla concentrazione dei difetti di punto o di linea, vengono
infatti in alcuni casi mascherate o alterate da caratteristiche che sono associate alle regioni
interfacciali, consentendo così di produrre materiali innovativi anche utilizzando fasi semplici
dal punto di vista chimico e strutturale.
I materiali nanostrutturati massivi vengono generalmente realizzati mediante
sinterizzazione di nanopolveri, un processo che è però tradizionalmente associato o ad una
notevole crescita della dimensione dei grani, particolarmente quando è richiesta una elevata
densità relativa. Per ridurre questo fenomeno sono state investigate negli ultimi anni varie
metodologie di sinterizzazione non convenzionale. In questo ambito hanno assunto recentemente
un ruolo di rilievo un gruppo di tecniche che vengono generalmente identificate con il termine di
Field Assisted Sintering. Tra queste tecniche lo Spark Plasma Sintering è sicuramente quella più
nota. Queste tecniche sono generalmente associate a tempi di sinterizzazione rapidissimi, spesso
ridotti a pochi minuti, ed a temperature decisamente più basse rispetto a quelle utilizzate nei
processi convenzionali; ciononostante sono in grado di produrre ottimi livelli di densificazione,
consentendo altresì di ridurre drasticamente la crescita dei grani. Mediante questo approccio è
ormai possibile realizzare materiali ceramici caratterizzati da densità relative superiori al 98% e
da dimensioni dei grani comprese tra i 10 e i 20 nanometri, anche quando vengono utilizzate di
nanopolveri fortemente agglomerate. Queste tecniche hanno trovato recentemente larga
applicazione nel campo dei materiali termoelettrici massivi, dei conduttori ionici e dei materiali
ferroelettrici. Nella presentazione verranno illustrati brevemente i principi di base della tecnica e
verranno presentati alcuni esempi di applicazione nel campo dei materiali ceramici funzionali.
NMR allo stato solido applicato allo studio di ossidi complessi
Piercarlo Mustarelli, Cristina Tealdi, Chiara Ferrara
Dipartimento di Chimica, Sezione di Chimica Fisica, Università di Pavia, e IENI-CNR, Via
Taramelli 16, 27100 Pavia
L’innalzamento della figura di merito zT dei materiali termoelettrici può essere ottenuto attraverso
varie strategie, tra cui una delle più interessanti è la riduzione della conducibilità termica attraverso
la modulazione dello scattering fononico, ottenuta con l’inserimento di elementi di disordine nella
struttura cristallina. Approcci di questo tipo vengono classificati come Electron Crystal/Phonon
Glass (ECPG) (1). In particolare, negli ossidi multicationici l’approccio ECPG può essere ottenuto
attraverso la distribuzione non casuale dei cationi sui rispettivi siti cristallini. La caratterizzazione di
queste distribuzioni non random richiede la disponibilità di tecniche locali come l’NMR allo stato
solido, in grado di utilizzare specifiche sonde nucleari come 17O, 27Al, 71Ga, etc.
Recentemente, questa tecnica è stata da noi applicata allo studio dell’ordine locale nel sistema
modello LaSrAlO4 (2). In questa presentazione discuteremo le applicazioni dell’NMR allo stato
solido ai materiali ossidici di potenziale interesse come termoelettrici.
1.
2.
J.R. Sootsman, D.Y. Chung, M.G. Kanatzidis, New and Old Concepts in Thermoelectric Materials, Angew.
Chem. Int. Ed., 48, (2009) 8616–8639.
C. Tealdi, C. Ferrara, L. Malavasi, P. Mustarelli, C. Ritter, A. Spinella, D. Massiot and P. Florian, Average
versus local structure in K2NiF4-type LaSrAlO4: direct experimental evidence of local cationic ordering,
Journal of Materials Chemistry, 22 (2012) 10488-10495.
Characterization of telluride based thermoelectric materials obtained by a novel
powder metallurgy process
R. Pierobon1, S. Vezzù1, V. Stoyanova1, M. Cestari2
1 – Veneto Nanotech, Via San Crispino 106, 35129, Padova, Italy
2 – Omitech Tecnologies srl, Corso Stati Uniti 1/77, 35127, Padova, Italy
Thermoelectrical nanostructured materials based on Bi-Sb-Te alloys were produced by means of
high velocity compaction and sintering of mechanically alloyed powders (powder metallurgy
technique). Both n-type and p-type sintered materials have been obtained and characterized with
TEM and XRD analysis in order to evaluate the effect of consolidation technique and the final
nanostructure. The transport coefficients, in terms of electrical resistivity, thermal conductivity and
Seebeck coefficient, were measured and the thermo-electrical efficiency intended as the figure-ofmerit ZT in the RT-200ºC temperature range
has been deduced. This work demonstrates the possibility to produce high efficient and cost
effective thermoelectric materials suitable for cooling and power generation and valuable for
several high technological applications in the room temperature range.
Materiali Termoelettrici a Base Polimerica
P. Bruno
Center for Nano Science and Technology @PoliMi, Istituto Italiano di Tecnologia
Via Pascoli 70/3, Milano, 20133, Italy
Nel contesto attuale di sviluppo di energie rinnovabili e di ricerca di nuove fonti di energia non
inquinanti, la generazione d'energia per effetto termoelettrico rappresenta una valida alternativa.
Questo progetto propone lo studio di materiali a base organica per applicazioni termoelettriche. I
semiconduttori organici, spesso esibendo alti coefficienti di Seebeck, basse conducibilità
termiche e la possibilità di poter essere processati con tecnologie di stampa economiche e
scalabili, rappresentano una nuova classe di termoelettrici (TE) potenzialmente molto
interessante. Con il presente studio s’intende sviluppare una linea di ricerca volta allo sviluppo di
TE organici ad alta efficienza e la loro successiva integrazione all’interno di un generatore
termoelettrico (TEG), la cui realizzazione attraverso tecniche avanzate di elettronica stampata sia
in grado di offrire dispositivi TEG a buon mercato.
L’obiettivo principale del presente lavoro di ricerca è lo sviluppo della prossima generazione
della tecnologia dei termoelettrici in termini di efficienza e costi. In particolare gli obiettivi
specifici sono: 1. Caratterizzazioni delle proprietà strutturali e di trasporto di polimeri conduttori
disponibili in commercio e di nuove combinazioni di materiali organici prodotti in seno a questo
progetto. 2. Sintesi, dopaggio e avanzati modificazione strutturale dei materiali per lo sviluppo di
termoelettrici a base organica ad alta efficienza. 3. Fabbricazione di generatori termoelettrici
(TEG) flessibili con tecniche scalabili di elettronica stampata. 4. Test dei nuovi materiali in
prototipi TEG.
I principali risultati ottenuti nell’ambito di quest’attività verranno così presentati: installazione
della strumentazione necessaria per la determinazione delle caratteristiche TE dei materiali;
misura delle stesse per semiconduttori organici disponibili in commercio; comprensione della
relazione struttura-proprietà di trasporto a livello microscopico e sviluppo della capacità di
ingegnerizzare le proprietà funzionali dei semiconduttori organici attraverso il controllo della
densità degli stati.
Sintesi e caratterizzazione di materiali termoelettrici per temperature medio-alte a
base di siliciuri.
S. Battiston, S. Boldrini, A. Famengo, S. Fiameni
CNR-IENI, Corso Stati Uniti 4, 35127 Padova
Il siliciuro di magnesio (Mg2Si) e il siliciuro di manganese (MnSi1.73-1.75) presentano diverse peculiarità
che li identificano come materiali particolarmente interessanti nell’ambito della conversione diretta del
calore in energia elettrica a temperature medio-alte (fino a 600°C). Gli elementi costituenti, infatti,
sono economici, leggeri e non pongono problemi o rischi data la loro bassa tossicità.
Tuttavia, il siliciuro di magnesio mostra una forte tendenza a formare MgO nei diversi stadi di processo
del materiale, a discapito della sua figura di merito [1, 2]. Similmente la figura di merito del siliciuro di
manganese soffre per la presenza di una fase secondaria conduttrice, difficilmente eliminabile e per
l’elevata anisotropia delle proprietà termoelettriche [3].
L’attività di ricerca del gruppo è focalizzata sulla sintesi e sulla caratterizzazione funzionale di questi
materiali e sullo studio del loro utilizzo come semiconduttori di tipo n e p in un generatore
termoelettrico. Lo studio su Mg2Si è stato prevalentemente incentrato sulla valutazione dell’influenza
del contenuto di MgO e di drogante introdotto sulle proprietà termoelettriche del materiale, puntando
all’ottimizzazione di ZT [1, 2, 4]. La sinterizzazione delle polveri è stata condotta mediante Spark
Plasma Sintering (SPS) [5].
Con lo scopo di limitare l’ossidazione ad alta temperatura del Mg2Si, sono stati sviluppati ricoprimenti
protettivi di MoSi2, depositati via RF magnetron sputtering, le cui funzionalità sono state caratterizzate
e valutate tramite analisi strutturali, morfologiche e composizionali. In particolare, per verificare la
compatibilità meccanica tra strato sottile e substrato, sono state condotte osservazioni in funzione della
temperatura tramite microscopia elettronica ad effetto di campo (FE-SEM) [6].
Riguardo al siliciuro di manganese, invece, sintesi e sinterizzazione sono state condotte
simultaneamente mediante SPS, a partire da polveri di Mn e Si. Questa innovativa procedura permette
di ridurre notevolmente i tempi di ottenimento del materiale finale. I risultati mostrano una completa
reazione di Mn e Si a formare la fase termoelettrica (MnSi1.73-1.75) ed una elevata densità del materiale
(> 95%) [3].
Per la caratterizzazione funzionale dei materiali termoelettrici è stato progettato e realizzato un
appartato che permette la misura del coefficiente di Seebeck e della conducibilità elettrica fino alle alte
temperature (1000 K o 1500 K) [7].
Bibliografia:
[1] S. Fiameni, S. Battiston, S. Boldrini, A. Famengo, F. Agresti, S. Barison, M. Fabrizio, Journal of Solid State Chemistry,
193 (2012) 142-146.
[2] S. Fiameni, A. Famengo, S. Boldrini, S. Battiston, M. Saleemi, M. Stingaciu, M. Jhonsson, S. Barison, M. Fabrizio,
Journal of Electronic Materials
(2013).
[3] A. Famengo, S. Battiston, M. Saleemi, S. Boldrini, S. Fiameni, F. Agresti, M.S. Toprak, S. Barison, M. Fabrizio, Journal
of Electronic Materials (2013).
[4] S. Battiston, S. Fiameni, M. Saleemi, S. Boldrini, A. Famengo, F. Agresti, M. Stingaciu, M.S. Toprak, M. Fabrizio, S.
Barison, Journal of Electronic materials, (2013).
[5] M. Saleemi, M.S. Toprak, S. Fiameni, S. Boldrini, S. Battiston, A. Famengo, M. Stingaciu, M. Johnsson, M.
Muhammed, Journal of Materials Science, 48 (2013) 1940-1946.
[6] S. Battiston, S. Boldrini, S. Fiameni, A. Famengo, M. Fabrizio, S. Barison, Thin Solid Films, 526 (2012) 150-154.
[7] S. Boldrini, A. Famengo, F. Montagner, S. Battiston, S. Fiameni, M. Fabrizio, S. Barison, Journal of Electronic
Materials, (2013).
Impatto sull’applicazione automotive di materiali termoelettrici innovativi: il
siliciuro di magnesio – progetto FP7 THERMOMAG
M. Brignone, A. Ziggiotti
Centro Ricerche FIAT, St Torino 50, 10043 Orbassano, Italy
[email protected]
Nonostante i dispositivi termoelettrici (TE) siano compatti, silenziosi, robusti, stabili e affidabili
la generazione di energia termoelettrica e il raffreddamento per effetto Peltier hanno trovato
soltanto applicazioni di nicchia poiché tali dispositivi sono anche poco efficienti (tipicamente
meno del 5%) e costosi. La chiave per una diffusione su larga scala di questa tecnologia è lo
sviluppo di materiali termoelettrici capaci di efficienze elevate, ma oltre all’efficienza altri
parametri giocano un ruolo non meno importante per aprire la strada ad applicazioni e mercati
più ampi. In particolare il settore automotive richiede materiali leggeri, composti da elementi
chimici largamente diffusi e facilmente accessibili con un buon ciclo di approvvigionamento,
non tossici, con potenziale conformità alle regolazioni REACH e RoHS e caratterizzati da costi
contenuti sia per quel che riguarda le materie prime che i processi produttivi.
Il Centro Ricerche FIAT, nell’ambito di un progetto Europeo del 7° programma quadro,
THERMOMAG, partecipa attivamente allo sviluppo di materiali termoelettrici innovativi e
nanostrutturati a base di siliciuro di magnesio in grado di soddisfare le suddette richieste in
termini di prestazioni, disponibilità e costi. Lo scopo del progetto, le caratteristiche e i vantaggi
dei materiali in questione e alcuni dei risultati della ricerca in corso d’opera saranno presentati e
approfonditi.
HeatReCar: first light commercial Vehicle equipped with a TEG
Daniela Magnetto
Centro Ricerche FIAT, St Torino 50, 10043 Orbassano, Italy
Key words
CO2 emission reduction, energy efficiency, TEG, light commercial vehicles
The main objective of the HEATRECAR project was to reduce the energy consumption and to curb
the CO2 emissions of vehicles by massively harvesting the electrical energy from the exhaust
system and re-use this energy to supply electrical components within the vehicle or to feed the
powertrain of hybrid electrical vehicles.
A high efficiency TEG has been design to maximize the overall energy efficiency on board the
vehicle, taking into account all the integration aspects and constraints with the other vehicle system
and subsystem.
High performing TE material has been developed in the frame of the Project and a optimization on
the module design has been realized. The TEG unit assembly has been realized optimizing the
thermal exchange both on the hot side and of the cold side and with special care in reducing the
volume, the weight and the pressure drop on the gas side compare to state of the art TEG. Specific
test has provided the best electrical connection design for the modules and a specific DC/DC
converter has been design and manufacture.
The system has been installed on a test rig and has been characterized and validated under the
thermal, hydraulic an electric point of view. After that, the TEG has been installed on-board an
Iveco Daily and fully integrated with the heat rejection and the electric board net. A specific control
strategy has been developed in order to maximize the overall energy efficiency of the vehicle. Test
demonstrate that at the design point which correspond to the manufacturer reference driving cycle
condition, the system is able to provide approximately 500We. ) The system is reducing the CO2
emission of about the 5% over the homologation driving cycle (NEDC) and up to 8% over customer
cycles.
The paper will present the system design, integration and testing results on board the vehicle and
the relevant advanced that has been reached compare to the state of the art TEG for automotive
application.
Presente e futuro delle applicazioni termoelettriche nel settore automotive
Marco Ranalli
Gentherm Europe, Germany
Nonostante la percezione comune di soluzioni di nicchia, diversi tipi di sistemi termoelettrici hanno già
trovato applicazione su vetture convenzionali. Gentherm fornisce da oltre 10 anni sistemi termoelettrici
per prima applicazione su sedili ed elementi di abitacolo. Recentemente, l’introduzione della
regolamentazione delle emissioni di CO2 ha inoltre generato una forte spinta verso l’introduzione di
veicoli a propulsione ibrida e totalmente elettrica, creando nuove esigenze legate ad una più efficiente
termoregolazione dell’abitacolo e della batteria. Nuovi materiali e sistemi termoelettrici sono inoltre
disponibili per il recupero energia da fonti di calore quali i gas di scarico di motori a combustione
interna. Nel corso della presentazione verrà fatto il punto sulle diverse attività di ricerca e sviluppo in
entrambi gli ambiti di controllo della temperatura e recupero energia.
Venerdì 22 febbraio 2013
Abstract delle presentazioni
Controllo della conducibilità termica di multistrati epitassiali di SilicioGermanio
Armando Rastelli, Peixuan Chen
Institute of Semiconductor and Solid State Physics, Johannes Kepler University Linz, Austria
I materiali utili per impieghi termoelettrici devono possedere conducibilità termiche
sufficientemente basse da limitare le perdite dovute al trasporto di calore non accompagnate
da trasporto elettrico. Sfruttando la diffusione dei fononi, è possibile ridurre la conducibilità
termica di diversi materiali attraverso nanostrutturazione.
In questo contributo consideriamo sistemi modello per studiare l’effetto prodotto da
nanostrutture sulla conducibilità termica di materiali semiconduttori, e cioè multistrati
epitassiali ottenuti depositando strati sottili di Ge alternati a Si. Mostreremo che questa
semplice combinazione permette di controllare in modo preciso e in un range di due ordini di
grandezza la conducibilità termica del materiale risultante. Il confronto con calcoli a principi
primi mostra che il risultato sperimentale è da ricondurre alla segregazione di Ge in Si durante
la crescita [1].
[1] Peixuan Chen, N. A. Katcho, J. P. Feser, Wu Li, M. Glaser, O. G. Schmidt, David G. Cahill, N. Mingo, A.
Rastelli, arXiv:1301.0405
Silicio de novo: prospettive di un materiale maturo ma ancora giovanile
D. Narducci1*, A. Arcari1, B. Lorenzi1, A. Roncaglia2, M. Ferri2, F. Suriano2, G.
Ottaviani3, S. Frabboni3, R. Tonini3, N. Neophytou4 e X. Zianni5
1
2
3
4
5
Dipartimento di Scienza dei Materiali, Università di Milano Bicocca, Milano
IMM−CNR, Bologna
Dipartimento di Fisica, Università di Modena e Reggio Emilia, Modena
Institute for Microelectronics, Technical University of Vienna, Vienna (Austria)
Department of Applied Sciences, Technological Educational Institution of Chalkida, Salonicco e Institute
of Microelectronics, NCSR ‘Demokritos’, Atene (Grecia)
È ben noto che il silicio presenta caratteristiche termoelettriche complessivamente
modeste. Il suo fattore di potenza risulta limitato dalla ridotta pendenza della densità
degli stati elettronici in prossimità dei bordi di banda, dalla modesta mobilità dei portatori
in banda e da una apprezzabile conducibilità termica. Come tale, il silicio ha trovato
tuttavia applicazioni in ambiti specifici1,2, dove la sua naturale integrabilità nei circuiti
microelettronici ha avuto agio su rendimenti di conversione calore−energia elettrica non
elevati.
Negli ultimi anni si è tuttavia osservata una significativa ripresa di interesse verso questo
materiale, principalmente connessa con lo scivolamento del paradigma di ricerca nel
settore dei sistemi termoelettrici verso materiali nanostrutturati. L’osservazione che
nanofili di silicio presentano un significativo incremento del numero di merito fino a
valori prossimi all’unità3,4 a causa della riduzione della conducibilità termica ha
ingenerato un forte interesse da un lato verso la nanostrutturazione di altri materiali
termoelettrici5 e dall’altro verso la messa a punto di tecniche di produzione di nanofili di
silicio con metodologie scalabili.
Questa collaborazione ha intrapreso nel 2009 una attività di ricerca intesa allo studio del
silicio come materiale termoelettrico. In questa comunicazione saranno presentati i
principali risultati conseguiti nella nanostrutturazione di silicio policristallino fortemente
drogato e le sue attuali prospettive di industrializzazione. Lungo una direttrice sono state
messe a punto procedure di preparazione scalabili che hanno consentito di ottenere
nanofili e nanostrati di silicio policristallino caratterizzati da figure di merito a
temperatura ambiente comparabili con quelli misurati nei nanofili monocristallini6-8. In
parallelo è stata individuata e studiata sia sperimentalmente sia computazionalmente la
possibilità di incrementare il fattore di potenza del silicio attraverso metodologie di
nanostrutturazione bottom−up9-12.
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
Mancarella, F.; Roncaglia, A.; Cardinali, G. C. Sens. Act. A 2006, 132, 289-295.
Strasser, M. et al. Sens. Act. A 2002, 97-98, 535-542.
Boukai, A. I. et al. Nature 2008, 451, 168-171.
Hochbaum, A. I. et al. Nature 2008, 451, 163-167.
Dresselhaus, M. S. et al. Adv. Mater. 2007, 19, 1043-1053.
Cerofolini, G. F. et al. Semicond. Sci. Techn. 2010, 25, 095011.
Ferri, M. et al. Microelectr. Eng. 2011, 88, 877-881.
Cerofolini, G. F. et al. Semicond. Sci. Techn. 2011, 26, 045005.
Narducci, D. et al. G. Proc. 8th European Conf. on Thermoelectrics, Como, 2010; p 141.
Narducci, D. et al. Mater. Res. Soc. Symp. Proc., Boston, 2010; mrsf10-1314-ll05-16.
Narducci, D. Appl. Phys. Lett. 2011, 99, 102104.
Narducci, D. et al. J. Solid State Chem. 2012, 193, 19-25.
Ge-rich SiGe Multilayers for Thermoelectric Applications: Growth
and Characterization
S. Cecchi1(a), D. Chrastina(a), J. Frigerio(a), G. Isella(a), T. Etzelstorfer(b), J. Stangl(b),
E. Müller(c), L. Ferre Llin(d), A. Samarelli(d), J. Weaver(d), P. Dobson(d) and D. J. Paul(d)
(a)
(b)
(c)
(d)
L-NESS Politecnico di Milano, Polo Territoriale di Como, Como, Italy
Institute of Semiconductor and Solid State Physics, Johannes Kepler University, Linz,
Austria
Electron Microscopy ETH Zurich (EMEZ), Zurich, Switzerland
Dept. of Electronics and Electrical Engineering, University of Glasgow, Glasgow, UK
We have deposited and characterized Ge-rich SiGe multilayers on Si substrates with
the aim of demonstrating microfabricated room temperature thermoelectric (TE) generators monolithically integrated on silicon (see Fig. 1). SiGe heteroepitaxy is a mature growth technology, scalable, cheap and integrable with nowadays CMOS micropower circuits (i.e. used in autonomous systems) which would allow improved ZT
materials based on low dimensional structures [1] to be engineered.
In order to obtain useful TE effects the heterostructure must be several microns thick.
Therefore, a growth technique which is capable of producing, in a reasonable time,
high quality material with nanometer-scale control over a range of several microns is
required. Low-energy plasma-enhanced chemical vapor deposition (LEPECVD) has
been used in our case [2]. Crystal quality and strain control have been investigated by
means of high resolution X-ray diffraction and transmission electron microscopy.
Preliminary electrical and thermal conductivity measurements indicate the viability
of this material for the realization of thermoelectric devices.
Figure 1. Schematic of the structures for lateral electrical and thermal transport.
[1] L. D. Hicks, M. S. Dresselhaus, Phys. Rev. B 47, 12727 - 12731 (1993).
[2] S. Cecchi et al., J. Mater. Sci. 48, 2829 (2013).
1
[email protected]
Nets of interconnected nanostructures for high efficiency thermal to electrical
energy conversion
G.Pennelli
Dipartimento di Ingegneria dell'Informazione
Universita' di Pisa
Via Caruso 16, I-56122 PISA
Te. +39 050 2217699, fax. +39 050 2217522, e-mail: [email protected]
Recently, it has been largely demonstrated that nanostructures, as nanowires, show enhanced
thermoelectric properties. In particular, a significative reduction of the lattice thermal conductivity
has been found for nanowires with diameters smaller than 100 nm, meanwhile electrical properties
are similar to the ones of bulk materials. This leads to a noticeable increasing of the figure of merit
Z=S2 / k (S: Seebeck coefficient, electrical conductivity, k: thermal conductivity). Devices for
high efficiency thermal to electrical energy conversion could be fabricated and exploited for direct
conversion of heat in electrical power. However, a single (or very few) nanowires are unsuitable for
a massive production of energy because the current, and the electrical power, is limited by the
nanowire diameter. Furthermore, 100 nm wide nanowires can be fabricated with a good reliability
only with a reduced length, that is at the best of few (10-20) m; consequently, there are noticeable
problems for clamping the nanowire between the hot and cold sources that must be maintained to a
suitable distance for a good thermal isolation.
In this work, a top down process for the reliable fabrication of very complex, large area, nets of
interconnected silicon nanowires (SiNWs) will be shown and illustratated. It will be demonstrated
that these networks of well organized SiNWs are thermally and electrically equivalent to a huge
number of parallel SiNW with a length of several millimeters . In this way, they can be easily
assembled to obtain macroscopic thermoelectric generators, that will exploit the enhancement of
thermoelectric properties proper of nanoscaled materials. The process is fully C-MOS compatible
and it can be used for the fabrication of high efficiency thermoelectric generators based on a large
amount (order of 105 SiNWs per mm2) of very narrow (< 50 nm) silicon nanowires. Electrical and
thermal characterization of SiNW arrays will be reported and discussed.
The figure shows a compositions of SEM images of a silicon nanowire network, fabricated with the
proposed process. For demonstration, an area of 1X0.6 mm2 has been used. The net is formed of
nanowires 3 m long and 50 nm wide, it is very reliable and robust with respec to nanowire failure
(breaking), and it is equivalent to many SiNWs 1 millimeter long, 50 nm wide, placed in parallel
between the top and the bottom contact.
Effetti di processing meccanico su materiali termoelettrici
C. Fanciulli, S. Ceresara, M. Codecasa, F. Passaretti.
CNR – IENI, Unità di Lecco
L’attenzione rivolta alla ricerca di nuove fonti energetiche eco-sostenibili, ha portato nel corso
dell’ultimo decennio a considerare anche la possibilità di sfruttare nuove fonti. A tale scopo la
termoelettricità ha riscontrato un nuovo interesse legato alla possibilità di sfruttare cascami termici
da processi industriali ai fini di una conversione diretta in energia elettrica. Questa possibilità è
strettamente legata alle proprietà dei materiali utilizzati: ciò significa che il miglioramento delle
caratteristiche del materiale ha delle ricadute immediate sulla possibilità di realizzare sistemi con
efficienze sufficienti a giustificarne i costi. Ad oggi la bassa efficienza di conversione rappresenta
un grosso ostacolo ad una larga diffusione della termoelettricità, che rimane quindi relegata ad
ambiti applicativi di nicchia.
Una svolta nella ricerca su materiali termoelettrici si è presentata a seguito della pubblicazione dei
risultati ottenuti su materiali nanostrutturati: l’attivazione di fenomeni quantistici nel materiale ed il
simultaneo abbattimento delle proprietà di trasporto termico, sono alla base di valori di efficienza
due o tre volte superiori a quelli osservati sui materiali più performanti. Tali risultati, seppur molto
promettenti, non hanno portato ad un analogo salto sul piano delle applicazioni, poiché i materiali
su cui si è stati in grado di ottenere l’obbiettivo della nano-strutturazione si presentano
principalmente in forma di film sottili.
Il tema della presentazione sarà proprio quello legato alla possibilità di ottenere materiali
termoelettrici strutturati su scale sub-micro o nanometriche sotto forma di bulk a mezzo di processi
di deformazione plastica. Punto di forza di questo approccio sta nella possibilità di sviluppare una
varietà più ampia di materiali con le medesime tecniche, offrendo così l’opportunità di portare
avanti una ricerca con la prospettiva di realizzare applicazioni su diversi range di temperatura.
Verrà presentata l’applicazione di tecniche di processing comuni in metallurgia (estrusione ad
angolo retto, laminazione e pressatura) a polveri nanometriche di diversi materiali termoelettrici
(leghe di Bi-Sb e calcogenuri). I risultati conseguiti sui diversi materiali, commerciali e non, ha
prodotto risultati confrontabili ed in alcuni casi superiori ai migliori valori riportati in letteratura su
campioni bulk, con il vantaggio che i processi impiegati richiedono tempi e costi estremamente
ridotti rapportati a quelli ad oggi comunemente in uso.
La misura di ZT col metodo del Porcospino
Andrea De Marchi1, Valter Giaretto2, Andrea Tona3
1-Dipartimento di Elettronica e Telecomunicazioni, Politecnico di Torino, C.so Duca degli Abruzzi,
24, 10124 Torino
2-Dipartimento Energia, Politecnico di Torino, C.so Duca degli Abruzzi, 24, 10124 Torino
3-Dipartimento di Ingegneria Gestionale e della Produzione, Politecnico di Torino, C.so Duca
degli Abruzzi, 24, 10124 Torino.
La misurazione delle proprietà termofisiche dei materiali viene tipicamente condotta nel dominio
del tempo, ma operare nel dominio della frequenza offre tutta una serie di vantaggi che verranno
illustrati nella relazione. Ancorché dopo Anders Jonas Ångström ci siano stati altri tentativi di
realizzare sorgenti termiche sinusoidali di più facile implementazione (esemplare ne è il cosiddetto
metodo omega-3omega per la misura di conducibiltà termica), l’impiego di dispositivi termoelettrici
appare la soluzione più adatta a rendere universale l’approccio nel dominio della frequenza. Di fatto
essi consentono di ottenere misure tutte elettroniche dell’impedenza termica, utilizzando come
sensore di temperatura lo stesso dispositivo usato per produrre il flusso termico per effetto Peltier.
Con questo approccio è stato realizzato uno strumento per la misura del fattore di merito dei
dispositivi termoelettrici, basato sui principi di un impedenzimetro vettoriale, e sono in fase di
sviluppo metodi di misura delle proprietà termofisiche dei materiali.
Misura di parametri termofisici di materiali massivi e film nanometrici con
particolare riferimento ai dispositivi termoelettrici
Paolo Bison1, Federico Cernuschi2
1
ITC-CNR, C.so Stati Uniti 4, 35127 Padova
RSE s.p.a., via Rubattino 54, 20134 Milano
2
Nell’ambito delle attività di caratterizzazione di proprietà termofisiche di materiali massivi, è stato
sviluppato un dispositivo per la misura della diffusività e della conducibilità termica che si basa sul
metodo ideato da Ängstrom nel 1861 [1]. Il metodo consiste nella generazione di onde termiche [2]
e nella misura della temperature in punti diversi del materiale. Nel caso specifico viene utilizzato un
dispositivo termoelettrico per generare le onde termiche e una termocamera IR per la lettura delle
temperature [3].
Nell’applicazione descritta il dispositivo termoelettrico ha la funzione di generatore di calore e di
freddo alternativamente e viene pilotato da un generatore elettrico. La funzione tradizionale dei
dispositivi termoelettrici è infatti quella di trasferire calore da un punto ad un altro per mezzo del
passaggio di una corrente elettrica. Oggi, tuttavia, si sta affermando un nuovo interesse connesso
con la possibilità di recuperare il calore proveniente da sorgenti naturali o da reazioni esotermiche
quali tipicamente la combustione per trasformarlo e immagazzinarlo sotto forma di energia
elettrica.
Al fine di ottimizzare l’efficienza di trasformazione di energia termica in elettrica si richiede che i
nuovi materiali termoelettrici possiedano una alta conducibilità elettrica (ovvero che siano
generatori ideali di tensione), una bassa conducibilità termica (in modo da tenere il più possibile
separati i due serbatoi di calore a temperature differenti) ed un elevato livello di tensione prodotta a
parità di differenza di temperatura . A questo scopo vengono sperimentati materiali nanostrutturati.
Per questi materiali la misura della resistenza elettrica non risulta un grosso problema mentre lo è
assai di più la misura della resistenza termica. Le tradizionali tecniche per la misura della
conducibilità termica in materiali massivi sono infatti improponibili date le dimensioni micro o
nanometriche dei materiali in oggetto. Ma anche le tecniche fototermiche che vengono largamente
utilizzate per la caratterizzazione di coating relativamente sottili [4,5] diventano difficilmente
gestibili quando si tratta di misurare materiali con spessori al di sotto delle decina di micron. Allo
scopo può essere utilizzata la tecnica 3-omega [6] che consente la misura della conducibilità
termica in film sottili mediante deposizione di elettrodi metallici sui materiali di interesse. Questi
fungono sia da generatori di calore che da misuratori di temperatura.
Bibliografia
[1]
A. Ångström. Neue methode, das wärmeleitungsvermögen der körper zu bestimmen. Annalen Der Physik und
Chemie, (12):513–530, 1861.
[2]
V. Arpaci. Conduction Heat Transfer. Addison-Wesley, 1966.
[3]
P. Bison, A. Muscio, and E. Grinzato. Thermal parameters estimation by heating and cooling and
thermographic measurement. In D. LeMieux and J. S. Jr., editors, Thermosense XXI, volume 3700, pages 402–408.
SPIE, 1999.
[4]
W. Parker, R. Jenkins, C. Butler, and G. Abbott. Flash method of determining thermal diffusivity, heat
capacity, and thermal conductivity. Journal of Applied Physics, 32(9):1679–1684, 1961.
[5]
P.G. Bison, F. Cernuschi, E. Grinzato. Ageing evaluation of Thermal Barrier Coating: comparison between
Pulsed Thermography and Thermal Wave Interferometry. QIRT Journal. Vol. 2, 2006.
[6]
D.G. Cahill. Thermal conductivity measurement from 30 to 750 K: the 3ω method. Rev. Sci. Instrum. 61, 802
(1990).
ASPETTI TERMICI NELL'IMPIEGO DI MODULI TERMOELETTRICI
IN GENERAZIONE
G. Casano S. Piva
ENDIF, ENgineering Department In Ferrara, Università di Ferrara, via Saragat 1,
Ferrara 44122, Italy
I Generatori termoelettrici sono dispositivi che consentono la conversione di energia termica
direttamente in energia elettrica, senza parti in movimento. Questa caratteristica rende il
generatore termoelettrico compatto e adatto per recupero di calore da processi industriali.
Negli ultimi anni si è riscontrato un rinnovato interesse per la conversione termoelettrica,
guidato da tre fattori principali: la migliore performance offerte da nuovi materiali,
riconducibile alla loro composizione chimica o a nuovi processi produttivi; la riduzione dei
costi dovuti ad applicazioni su scala maggiore; le nuove possibilità di impiego a causa degli
alti costi delle fonti energetiche primarie.
Il componente di base del generatore è il modulo termoelettrico, formato da un certo numero
di coppie termoelettriche inserite tra due piastre ceramiche termicamente conduttrici, ma
elettricamente isolanti. La conversione di energia è ottenuta in ciascuna coppia termoelettrica
per effetto Seebeck.
I generatori termoelettrici sono realizzati interponendo diversi moduli tra due superfici di
scambio termico poste in contatto termico con sorgenti a diversa temperatura. Il flusso di
calore, e la conseguente differenza di temperatura, che si instaura tra le due giunzioni di
ciascuna coppia termoelettrica determina la tensione elettrica ai capi del generatore.
Le prestazioni di un generatore termoelettrico dipendono sia dalla differenza di temperatura
che si instaura tra le giunzioni delle coppie termoelettriche sia dall'efficienza dei
semiconduttori. Mentre la differenza di temperatura esterna del generatore è determinata dalle
condizioni al contorno, quella interna (tra le due giunzioni) dipende da altri diversi parametri.
Ne deriva che, per una corretta previsione delle prestazioni del generatore, le differenze di
temperatura interna ed esterna devono essere correlate fra di loro.
Il problema è stato esaminato sia dal punto di vista sperimentale che teorico.
L’indagine sperimentale [1] analizza le prestazioni di un dispositivo di generazione di potenza
in cui sono state utilizzate comuni celle di Peltier in modalità Seebeck. Il generatore
termoelettrico viene analizzato sulla base dei dati sperimentali di tensione a circuito aperto e
chiuso, di potenza elettrica e di efficienza di conversione in funzione della differenza di
temperatura esterna. I dati sperimentali hanno fornito informazioni significative sul
comportamento del generatore termoelettrico. In particolare, appare evidente l’effetto di
alcuni dettagli pratici, ma inevitabili, quali il serraggio del generatore mediante bulloni e la
presenza dell’isolamento termico tra le celle.
L’analisi teorica proposta [2] prevede l’adimensionalizzazione di un modello non lineare a
parametri concentrati del generatore termoelettrico. La parametrizzazione proposta garantisce
la generalità ai risultati ottenuti. In particolare, sono stati indagati i rapporti tra differenza di
temperatura all'interno della cella termoelettrica e all'esterno del generatore, e l'effetto delle
resistenze termiche esterne sulle condizioni di lavoro del generatore. Questi parametri hanno
un effetto significativo sulla efficienza e pertanto sono utili all'ottimizzazione delle condizioni
di funzionamento del generatore termoelettrico.
[1] G. Casano S. Piva, Experimental investigation of the performance of a thermoelectric generator based on
Peltier cells, Experimental Thermal and Fluid Science, 35, 4, May 2011, 660–669.
[2] G. Casano and S. Piva Parametric thermal analysis of the performance of a thermoelectric generator, Journal
of Physics: Conf. Ser., 395, 012156, 2012 doi:10.1088/1742-6596/395/1/012156
Ottimizzazione delle caratteristiche meccaniche e termiche di un package ibrido per microgeneratore
termoelettrico
L. Francioso1*, C. De Pascali1, R. Bartali2, E. Morganti2 L. Lorenzelli2, N. Laidani2 and P. Siciliano1
1
CNR-IMM Institute for Microelectronics and Microsystems, Lecce, ITALY
2
FBK Bruno Kessler Foundation, Trento, ITALY
Abstract
Il presente lavoro è orientato allo sviluppo di un microgeneratore termoelettrico (µTEG) flessibile per
applicazioni di Energy Scavenging ed alla realizzazione di un package ad elevato gradiente termico con
caratteristiche di flessibilità e resistenza alle sollecitazioni meccaniche.
I risultati presentati in questo contributo si riferiscono alle performance di un package ibrido Kapton/PDMS
espressamente studiato per le applicazioni indossabili; il prototipo sviluppato è costituito da 2778
termocoppie di Sb2Te3 e Bi2Te3 su un substrato in Kapton avente un'area complessiva di 5x5cm2 ed è stato
concepito per trovare applicazione nel campo dell'elettronica indossabile, dove il gradiente termico utile alla
generazione termoelettrica deriva dalla differenza di temperatura tra il corpo umano e l'ambiente circostante.
La scelta dei materiali è stata motivata dalla necessità di conferire al dispositivo finale le caratteristiche di
flessibilità e leggerezza che meglio si adattano ad un'applicazione indossabile. Il Kapton è uno tra i materiali
più utilizzati nel campo dell'elettronica, dove è apprezzato per l'elevata stabilità chimica e meccanica e le
eccellenti proprietà termiche ed elettriche in un ampio intervallo di temperature. Sfortunatamente, la scarsa
adesione del Kapton ad altri materiali, quali metalli o altri polimeri, rappresenta un fattore critico che deve
essere ancora completamente e definitivamente risolto. La produzione scientifica internazionale di questi
ultimi anni riporta numerosi metodi per migliorare l'adesione ad altri materiali attraverso una modifica
superficiale del film polimidico utilizzando diverse tipologie di trattamento chimico e fisico.
Il packaging del dispositivo, ottimizzato mediante analisi termica agli elementi finiti, prevede di interporre
tra il substrato in Kapton e la superficie di appoggio uno strato in PDMS, opportunamente sagomato per
isolare termicamente i giunti freddi delle termocoppie incrementando il gradiente termico utile alla
generazione termoelettrica. In particolare, è stato valutato l'effetto sull’adesione di diversi trattamenti in
plasma, condotti a temperatura ambiente e bassa pressione al variare della specie gassosa e delle condizioni
del plasma. La bagnabilità superficiale del Kapton prima e dopo i vari trattamenti è stata valutata in termini
di variazione di angolo di contatto, mentre l'adesione al PDMS è stata misurata mediante la tecnica di scratch
test. La misura statica dell'angolo di contatto è stata effettuata a temperatura ambiente utilizzando come
liquidi test acqua MilliQ e PDMS. I trattamenti in plasma ritenuti più interessanti sono stati selezionati per
essere sottoposti a scratch testing. L'adesione al PDMS nel caso ottimale è aumentata di 2.6 volte rispetto al
Kapton non trattato e questo dimostra senza dubbio che il trattamento in plasma è certamente un metodo utile
per migliorare l'adesione tra questi due materiali. Le reali performance del package progettato sono state
valutate analizzando il profilo termografico del dispositivo con una termocamera ad infrarossi ad alta
risoluzione (Gobi-640-GigE). L'indagine ha permesso di determinare il gradiente termico tra i giunti caldi e
freddi della termopila a partire da una differenza di temperatura utile di 17°C. Un gradiente di temperatura
utile di circa 17°C consente al dispositivo di sostenere un gradiente termico tra giunti caldi e freddi di circa
5°C. Questo valore è stato confermato da un'analisi termografica condotta su un generatore completo di
package.
Figura 1 - Struttura 3D del generatore
Figura 2 - Immagine termografica del generatore completo di package
Sviluppo di un prototipo per Thermoelectric Power Generation in ambiente
industriale
Ing. Ugo Chiarotti ([email protected])
Centro Sviluppo Materiali SpA, Roma (www.c-s-m.it)
Nell’ambito del settore della ricerca per l’ottimizzazione ed il recupero energetico in ambiente
industriale, il Centro Sviluppo Materiali SpA si propone la realizzazione di un prototipo di un
generatore termoelettrico modulare a bassa potenza (< 500W) da installare a valle di un impianto di
raffreddamento per acciaieria.
Il prototipo ha come primo obiettivo quello di verificare la complessiva sostenibilità economica di
questo tipo di produzione elettrica a partire da sorgenti calde disponibili intorno ai 100°C e sorgenti
fredde disponibili intorno ai 15°C. Saranno inoltre investigati teoricamente i vantaggi della
disponibilità di sorgenti calde fino a 350°C.
Il secondo obiettivo sarà quello di mettere in evidenza i punti critici di tali dispositivi e di
verificarne eventuali miglioramenti.
Questo tipo di dispositivi ha particolare interesse nel quadro del risparmio energetico e in
particolare in luoghi dove è difficoltoso l’approvvigionamento di energia elettrica, come ad esempio
impianti situati in luoghi scarsamente popolati.