Científicos de la Universidad Northwestern, Illinois, Estados Unidos, y la Universidad Nacional de Seúl, Corea del Sur, han creado el material termoeléctrico más eficiente registrado. El seleniuro de estaño purificado en forma policristalina tiene un alto rendimiento y se puede utilizar en el desarrollo de dispositivos de alto rendimiento. El material supera a cualquier otro en la conversión de calor en electricidad.
Los investigadores pudieron lograr la alta tasa de conversión después de identificar y eliminar un problema de oxidación que había ralentizado el rendimiento del material en estudios anteriores. El artículo fue publicado hoy en la revista científica Materiales naturales.
La producción eficiente de energía es una preocupación urgente para la preservación del medio ambiente y la vida en la Tierra. Los estudios demuestran que no hay mucho tiempo para convertirse en una civilización de tipo 1 en la escala de Kardashev, es decir, una civilización que aprovecha el 100% de la energía disponible en su propio planeta.
Policristal de seleniuro de estaño en forma de pellets. El material tiene un rendimiento termoeléctrico nunca antes visto.La fuente: Northwestern University
El nuevo material es un paso adelante en el camino hacia la eficiencia energética, en un momento en que la producción de energía sufre por la escasez de recursos y la quema de combustibles fósiles está agravando el cambio climático.
En este contexto, el policristal de seleniuro de estaño es bienvenido, ya que se considera una solución respetuosa con el medio ambiente. Actualmente se utiliza en el vagabundo perseverancia, de la NASA, que recopila material sobre Marte. Allí, la fuente de calor es la descomposición radiactiva del plutonio y la eficiencia de conversión del dispositivo presente en la sonda es del 4 al 5%.
Por aquí, el policristal de seleniuro de estaño puede alcanzar una eficiencia mucho mayor si se utiliza en dispositivos termoeléctricos. La aplicación es posible en una variedad de industrias y puede generar ahorros de energía potencialmente enormes.
Aplicaciones del nuevo material
Uno de los principales usos del seleniuro de estaño es capturar el calor residual industrial, como el que se produce en las centrales eléctricas, la industria automotriz y las fábricas. Después de capturar este calor, el policristal puede convertirlo en electricidad.
Estos dispositivos termoeléctricos solo se utilizan en aplicaciones de nicho, como Mars Rover, pero su potencial va mucho más allá. Con el desarrollo de un material económico y eficiente, se espera que su aplicación en la producción de electricidad sea cada vez más generalizada. Actualmente, más del 65% de la energía producida a partir de combustibles fósiles en el mundo se pierde como calor residual.
Las áreas potenciales de aplicación del nuevo material termoeléctrico incluyen la industria automotriz (piense en la gran cantidad de energía potencial que sale del tubo de escape de un vehículo), industrias de fabricación pesada (como vidrio y fabricación de vidrio). Ladrillos, refinerías, carbón y gas centrales eléctricas) y lugares donde los grandes motores de combustión están en funcionamiento continuo (como grandes barcos y petroleros).
Cómo funcionan los materiales termoeléctricos
Lo que hace que un dispositivo termoeléctrico funcione bien o no es su interior. Un lado está caliente y el otro frío. El material termoeléctrico está en el medio y el calor lo atraviesa. Parte de este calor se convierte en electricidad y sale del dispositivo a través de los cables.
El material debe tener una conductividad térmica extremadamente baja y, al mismo tiempo, ser capaz de mantener una buena conductividad eléctrica para que sea eficaz en la conversión del calor residual.
Como las fuentes de calor utilizadas pueden alcanzar los 500 ° C, el material debe ser estable a temperaturas muy elevadas. Este y otros desafíos hacen que los dispositivos termoeléctricos sean más difíciles de producir que las células solares. Sin embargo, con el seleniuro de estaño purificado, el problema parece haberse resuelto finalmente.
ARTÍCULO Materiales naturales: doi.org/10.1038/s41563-021-01064-6