Au niveau le plus simple, les thermocellules convertissent la chaleur en électricité. Il existe de nombreuses façons de convertir la chaleur en électricité qui sont actuellement utilisées, comme celle observée dans les centrales nucléaires. Les thermocellules se distinguent des appareils actuellement utilisés par la façon dont la conversion d’une forme d’énergie à une autre est effectuée. Une cellule thermoélectrique est composée d’une anode et d’une cathode, qui sont toutes deux des électrodes. Les électrodes sont des matériaux capables de conduire l’électricité.
La conversion de la chaleur en électricité qui se produit lorsque les électrons circulent dans une thermocellule dépend d’un phénomène remarqué pour la première fois au 19ème siècle par un scientifique prussien appelé Thomas Johann Seebeck. Il a observé que les circuits composés de deux conducteurs métalliques dissemblables conduisent l’électricité lorsque les zones correspondantes où les conducteurs se touchent sont maintenues à des températures différentes. Lorsque la chaleur est appliquée à l’un des deux conducteurs, les électrons chauffés s’écoulent vers le plus froid. Cela produit une petite quantité de tension, mais mesurable. Bien que Seebeck ait supposé à tort que l’effet qu’il avait observé était magnétique, les scientifiques ont déterminé plus tard qu’il s’agissait d’un effet électrique.
Le type de réaction qui se produit à l’intérieur d’une thermocellule est également appelé redox, ou réaction d’oxydation et de réduction. Ce type de réaction chimique se caractérise par la perte ou le gain, respectivement, d’un ou plusieurs électrons par un atome ou une molécule. Dans le cas des thermocellules, c’est le flux d’électrons du conducteur chauffé vers le conducteur le plus froid qui produit le courant électrique, ou le conducteur chauffé perd des électrons au profit du conducteur le plus froid.
Les batteries cellulaires ordinaires produisent également de l’énergie électrique à l’aide de réactions redox. Les sulfates de deux métaux dissemblables, tels que le cuivre et le zinc, sont mis en contact de sorte que la réaction chimique créée provoque le flux d’électrons d’un point de contact à un autre. Le courant électrique généré circule dans le sens opposé aux électrons. Actuellement, cette réaction produit de l’énergie électrique beaucoup plus efficacement qu’une cellule thermoélectrique.
Malgré les inefficacités actuelles, de nombreuses recherches sont menées sur les utilisations potentielles des thermocellules. Cela est dû au fait que de nombreuses autres formes de production d’énergie produisent encore de grandes quantités de chaleur perdue. Une thermocellule est l’un des rares appareils qui produisent de l’énergie électrique à partir de la chaleur, donc l’un des objectifs est que les thermocellules peuvent être utilisées pour récupérer la chaleur perdue et la convertir en quantités utilisables d’énergie électrique.