Beberapa benda atau sistem menghasilkan panas dengan temperatur rendah, dengan temperatur biasanya pada rentang 30o hingga 80oC. seperti panas dari atap yang dipapar cahaya matahari, panas pada sel surya pada siang hari atau beton yang terpapar cahaya matahri. Panas ini lebih banyak terbuang ke lingkungan dan pemanfaatannya yang masih terbatas. Energi panas ini tentunya berpotensi untuk dikonversi menjadi energi lain sperti energi listrik.
Termolistrik merupakan fenomena fisika di mana perbedaan suhu di suatu material menghasilkan tegangan listrik. dan sebaliknya, arus listrik yang dialirkan pada material tersebut menghasilkan perbedaan suhu. Efek ini pertama kali ditemukan oleh Thomas Seebeck pada tahun 1821 dan dikenal sebagai Efek Seebeck. Material awal yang dikembangkan sebagai material termolistrik adalah material semikonduktor (s-TE). Dalam material semikonduktor, energi panas dapat menyebabkan elektron dalam pita valensi mendapatkan energi yang cukup untuk berpindah ke pita konduksi, meninggalkan “hole” di pita valensi. Elektron ini dan hole dapat bergerak di dalam material. Ketika ada gradien atau perbedaan temperatur, elektron akan bergerak dari daerah panas ke daerah dingin sehingga menghasilkan tegangan listrik. Material semikonduktor yang dapat digunakan sebagai termolistrik seperti Bismuth Telluride (Bi2Te3), Lead Telluride (PbTe), dan Silicon-Germanium (SiGe). Temperatur optimal atau working temperatur untuk material termolistrik bervariasi tergantung pada jenis material yang digunakan. Misalnya, Bismuth Telluride biasanya digunakan pada suhu kamar hingga sekitar 250°C. Sedangkan Lead Telluride lebih efektif pada suhu yang lebih tinggi, sekitar 500°C hingga 700°C2.
Jenis TE yang dapat bekerja optimal di bawah 80 oC adalah jenis termolistrik ionik atau ionic thermoelectric (i-TE). i-TE menggunakan elektrolit polimer sebagai material aktif. Berdasarkan hasil penelitian, i-TE berbahan polimer elektrolit memiliki nilai koefisien seebeck dan figure of merit (zT) yang lebih besar dari TE konvensional pada temperatur rendah. Koefisien seebeck dan zT merupakan besaran yang menunjukkan performa luaran listrik material TE. Semakin tinggi nilai koefisien seebeck dan zT maka semakin besar listrik yang dihasilkan material TE.
Bahan termolistrik ionik menggunakan ion sebagai pembawa energi. Mereka dapat menghasilkan tegangan akibat perbedaan suhu pada material tersebut. Material ini memiliki kemiripan dengan efek Seebeck pada elektron dan hole pada material solid sekonduktor. Prinsip atau mekanisme pembangkitan listrik bahan termolistrik ionik adalah efek Seebeck. dari bahan termolistrik (TE) seperti semikonduktor atau semimetal2. Konduktor ionik, seperti konduktor ionik cair dan konduktor ionik gel, muncul sebagai bahan TE generasi berikutnya terutama karena daya termalnya yang tinggi2. Daya panas bisa lebih tinggi dibandingkan material termolistrik semikonduktor sebesar 2–3 kali lipat.
Salah Satu bahan yang berpotensi untuk diaplikasikan pada I-TE adalah bahan hidrogel berbasis selulosa seperti CMC. Jenis material ini dapat diterapkan sebagai i-TE jika ditambahkan elektrolit misalnya H3PO4, dan lainnya. Material ini juga dapat ditambahkan plastizer gliserin dan PVA untuk mendapakan struktur mekanik polimer yang lebih stabil dan konduktivitas ionik yang baik. Secara umum material ini dapat disentesis dengan metode pencampuran. yang meliputi: pelarutan Bahan polimer hidrogel dan PVA dengan air. Pencampuran polimer tersebut dengan elektrolit. Dan pencetakan serta proses pemadatan.
Bahan termolistrik ionik dapat menghasilkan tegangan termal ratusan kali lebih besar dibandingkan bahan elektronik. Mereka sangat cocok untuk menghasilkan energi listrik dari sumber panas seperti matahari. Di antara teknologi pemanen panas termasuk siklus Rankine organik, konversi energi termo-osmotik, dan generator termolistrik (TEG). TEG yang dapat secara langsung mengubah panas menjadi listrik adalah salah satu teknologi yang potensial untuk mengkonversi energi panas pada temperatur rendah.
(sumber: fadli,dkk.2024, https://jurnalfkip.unram.ac.id/index.php/JPFT/article/view/7322/4307)
Konversi Energi Termal Bertemperatur Rendah Menjadi Energi Listrik