Descubren material termoeléctrico eficiente, estable y ecológico
El calor residual es una fuente prometedora de conservación y reutilización de energía, mediante la conversión de este calor en electricidad, un proceso llamado conversión termoeléctrica. Los dispositivos de conversión termoeléctrica disponibles comercialmente se sintetizan usando metales raros. Si bien estos son bastante eficientes, son costosos y, en la mayoría de los casos, utilizan materiales tóxicos. Ambos factores han llevado a que estos convertidores tengan un uso limitado. Una de las alternativas son los materiales termoeléctricos basados en óxidos, pero el principal inconveniente que presentan es la falta de pruebas de su estabilidad a altas temperaturas.
Un equipo dirigido por el profesor Hiromichi Ohta del Instituto de Investigación de Ciencias Electrónicas de la Universidad de Hokkaido ha sintetizado un convertidor termoeléctrico de óxido de cobalto y bario que es reproduciblemente estable y eficiente a temperaturas de hasta 600 °C. Los hallazgos del equipo se publicaron en la revista ACS Applied Materials & Interfaces.
La conversión termoeléctrica está impulsada por el efecto Seebeck: cuando hay una diferencia de temperatura en un material conductor, se genera una corriente eléctrica. Sin embargo, la eficiencia de la conversión termoeléctrica depende de una cifra denominada figura termoeléctrica de mérito ZT. Históricamente, los convertidores basados en óxido tenían un ZT bajo, pero investigaciones recientes han revelado muchos candidatos que tienen un ZT alto, pero su estabilidad a altas temperaturas no estaba bien documentada.
El grupo de Hiromichi Ohta ha estado trabajando en películas de óxido de cobalto en capas durante más de dos décadas. En este estudio, el equipo buscó examinar la estabilidad térmica y química de estas películas, así como medir sus valores de ZT, a altas temperaturas. Probaron películas de óxido de cobalto con capas de sodio, calcio, estroncio o bario, analizando su estructura, resistividad y conductividad térmica.
Descubrieron que, de las cuatro variantes, la película en capas de óxido de cobalto y bario conservaba su estabilidad en términos de integridad estructural y resistividad eléctrica a temperaturas de hasta 600 °C. En comparación, las películas de óxido de cobalto de sodio y calcio solo fueron estables hasta 350 °C, y la película de óxido de cobalto de estroncio fue estable hasta 450 °C. La ZT de la película de óxido de cobalto y bario aumentó con la temperatura, alcanzando ~0,55 a 600 °C, comparable con algunos convertidores termoeléctricos disponibles comercialmente.
«Nuestro estudio ha demostrado que las películas de óxido de cobalto y bario serían excelentes candidatas para dispositivos de conversión termoeléctrica de alta temperatura”, dijo Hiromichi Ohta.
Fuente original: www.phys.org
Por: Hokkaido University