Se descubren materiales termoeléctricos respetuosos con el medio ambiente con alta eficiencia de conversión de energía

Los científicos de Tokyo Tech han realizado un descubrimiento innovador en el campo de los materiales termoeléctricos (TEM). Han desarrollado una nueva clase de perovskitas inversas ambientalmente benignas que tienen una alta eficiencia de conversión de energía y potencial para aplicaciones prácticas como TEM. Este importante avance aborda las limitaciones que suelen enfrentar los TEM, como la baja eficiencia de conversión de energía y la toxicidad ambiental debido a la presencia de elementos pesados.

Los TEM desempeñan un papel crucial en la conversión de energía térmica en energía eléctrica y viceversa. Son esenciales para los sistemas de recolección de energía residual y los sistemas de refrigeración de dispositivos electrónicos. El rendimiento de los TEM se mide utilizando una figura de mérito adimensional llamada ZT, que está influenciada por factores como la conductividad térmica y el factor de potencia.

Los TEM de alto rendimiento anteriores se basaban principalmente en calcogenuros de metales pesados, como el plomo (Pb) y el telurio (Te), que son tóxicos para el medio ambiente y los organismos vivos. Aunque los TEM a base de óxidos ofrecen no toxicidad y abundantes recursos naturales, su ZT es limitada debido a su alta conductividad térmica.

Para superar estos desafíos, el equipo de investigación dirigido por el profesor asociado Takayoshi Katase del Instituto de Tecnología de Tokio exploró el uso de perovskitas inversas como TEM. Estos TEM, de fórmula química Ba3BO, contienen elementos no tóxicos como el silicio (Si) y el germanio (Ge). La estructura cristalina única de estas perovskitas inversas permite una baja conductividad térmica, lo que conduce a valores altos de ZT.

El equipo sintetizó policristales a granel de Ba3BO y descubrió que presentaban una baja conductividad térmica y altos valores de ZT, comparables a los de los TEM basados ​​en elementos pesados ​​tóxicos. Los TEM también mostraron cálculos teóricos prometedores, que predijeron valores ZT aún más altos al optimizar la concentración de agujeros.

Este estudio allana el camino para el desarrollo de TEM ecológicos y de alto rendimiento. El uso de perovskitas inversas como materiales termoeléctricos tiene el potencial de revolucionar los sistemas de refrigeración y recolección de energía residual, haciéndolos más eficientes y respetuosos con el medio ambiente.

Preguntas frecuentes

¿Qué son los TEM?

Los materiales termoeléctricos (TEM) son materiales que pueden convertir la energía térmica en energía eléctrica y viceversa.

¿Cuál es la figura de mérito ZT?

La figura de mérito ZT es un valor adimensional que mide el desempeño de los TEM. Se calcula en base a factores como la conductividad térmica y el factor de potencia.

¿Cuáles son las limitaciones de los TEM convencionales?

Los TEM convencionales a menudo enfrentan limitaciones como una baja eficiencia de conversión de energía y toxicidad ambiental debido a la presencia de elementos pesados.

¿Qué tienen de especial los TEM de perovskita inversa recién descubiertos?

Los TEM de perovskita inversa recientemente descubiertos tienen una estructura cristalina única que permite una baja conductividad térmica, lo que conduce a una alta eficiencia de conversión de energía. También están fabricados con elementos no tóxicos, lo que los hace más respetuosos con el medio ambiente que los TEM convencionales.

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