El proceso termoeléctrico es la conversión directa de calor en electricidad y viceversa en el calentamiento o enfriamiento de un objeto. Los materiales termoeléctricos se pueden usar para medir cambios de temperatura, cambiar la temperatura real de un objeto y generar una carga eléctrica, que se puede usar para generar energía. En 2011, los materiales termoeléctricos eran demasiado ineficientes para ser útiles, pero los ingenieros automotrices están intentando usarlos para obtener energía térmica desperdiciada de un vehículo y convertirla en electricidad utilizable. Los investigadores están intentando aumentar la eficiencia de los materiales termoeléctricos para hacerlos más económicos, de modo que puedan usarse para crear refrigeradores, acondicionadores de aire y otros dispositivos de bajo costo y más eficientes que requieren enfriamiento.
Los procesos termoeléctricos ocurren debido al efecto Peltier, que es el enfriamiento y calentamiento de uniones opuestas en circuitos eléctricos que contienen semiconductores diferentes. Se pueden usar materiales termoeléctricos para crear dispositivos de enfriamiento o para proporcionar refrigeración. Uno de los materiales termoeléctricos habituales que se utilizan hoy en día es el telururo de bismuto, un compuesto caro que puede llegar a costar hasta 1,000 dólares estadounidenses (USD) / lb (2,000 dólares estadounidenses / kg). Cuando se prepara adecuadamente, este material termoeléctrico produce cambios de temperatura confiables entre 14 y 266 grados F (-10 y 130 grados C). Los sistemas termoeléctricos funcionan de forma fiable y precisa sin el ruido de los sistemas convencionales de calefacción, refrigeración y refrigeración y sin clorofluorocarbonos (CFC) nocivos para el medio ambiente.
Durante varios años, la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) ha aprovechado el poder de los materiales termoeléctricos para alimentar sondas espaciales en los confines más profundos del espacio, tan lejos del sol que los paneles solares son inútiles. El proceso implica incrustar material nuclear en un generador térmico de radioisótopos, en el que la desintegración radiológica produce energía térmica que luego se convierte en electricidad para alimentar la sonda. Este es el mismo proceso que los ingenieros automotrices están tratando de aprovechar del calor de escape de los motores de los automóviles, calor que se puede convertir en electricidad para alimentar el automóvil.
La investigación y el desarrollo de materiales termoeléctricos está a cargo del Energy Frontier Research Center del Massachusetts Institute of Technology (MIT). Allí, investigadores y científicos han hecho algunos descubrimientos bastante significativos, como el acoplamiento de desorden térmico y estructuras electrónicas a una temperatura finita. Los desafíos actuales en este campo son identificar o sintetizar materiales nuevos, aún no descubiertos, con capacidades termoeléctricas más eficientes. Los avances en este campo pueden permitir el desarrollo de materiales que generen electricidad a partir del calor residual, proporcionando una solución energética global sostenible.