Científicos de la Universidad de Northwestern y la Universidad Estatal de Michigan, en Estados Unidos, han desarrollado un material termoeléctrico imbatible a la hora de convertir el calor residual en electricidad. Esta es una buena noticia teniendo en cuenta que casi dos tercios de la energía utilizada se pierden en forma de calor. El informe ha sido publicado en 'Nature'.
Este nuevo material podría significar un cambio de paradigma ya que la ineficiencia de los actuales materiales termoeléctricos ha limitado su uso comercial. Ahora, se espera que el nuevo material ambientalmente estable convierta entre el 15 y el 20 por ciento del calor residual en electricidad útil.
Las posibles áreas de aplicación son la industria del automóvil, las industrias de fabricación pesada y los lugares donde operan grandes motores de combustión de forma continua (por ejemplo, en grandes barcos y buques cisterna).
El nuevo material, basado en el semiconductor común telururo de plomo, es el material termoeléctrico más eficiente conocido, exhibiendo una figura de mérito termoeléctrico de 2,2, el más alto reportado hasta la fecha.
Según Mercouri G. Kanatzidis, de Northwestern, quien dirigió la investigación, "el material puede convertir el calor en electricidad con la mayor eficiencia posible", y agrega que "nos gustaría diseñar materiales aún mejores y llegar a 2,5 ó 3 en la figura de mérito termoeléctrico".
Los investigadores lograron la eficiencia del nuevo material mediante la dispersión de un espectro más amplio de fonones, a través de todas las longitudes de onda, consiguiendo así la reducción de la conductividad térmica. "Cada vez que se dispersa un fonón la conductividad térmica es más baja que lo deseado para conseguir una mayor eficiencia", señala Kanatzidis.
Un fonón es un quantum de energía vibratoria, y cada uno tiene una longitud de onda diferente. Cuando el calor fluye a través de un material, el espectro de fonones necesita ser dispersado en longitudes de onda diferentes (cortas, medias y largas).
En este trabajo, los investigadores han mostrado que todas las escalas de longitud pueden ser optimizadas para la máxima dispersión de fonones con el mínimo cambio en la conductividad eléctrica. "Combinamos tres técnicas para crear dispersión de longitudes de onda cortas, medias y largas una materia, todas trabajando al mismo tiempo", explica Kanatzidis.
En particular, los investigadores mejoraron la dispersión de la longitud de onda larga de fonones mediante el control y la adaptación de la arquitectura a mesoescala de los materiales termoeléctricos nanoestructurados.
El exitoso enfoque de la dispersión integrada de fonones en todas las longitudes de onda es aplicable a todos los productos termoeléctricos, concluyen los investigadores.
fuente del texto/EP
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