¿Tu volante ha estado demasiado caliente para tocar este verano? Un nuevo material termoeléctrico reportado en la revista Ciencias podría ofrecer alivio.

Se ha obstaculizado la adopción generalizada de dispositivos termoeléctricos que pueden convertir directamente la electricidad en energía térmica para refrigeración y calefacción. en parte, por la falta de materiales económicos y altamente eficientes a temperatura ambiente.

Ahora, investigadores de la Universidad de Houston y el Instituto de Tecnología de Massachusetts han informado sobre el descubrimiento de un nuevo material que funciona de manera eficiente a temperatura ambiente y no requiere casi ningún telurio costoso. un componente importante del material actual de última generación.

La obra, descrito en un artículo publicado en línea por Ciencias Jueves, 18 de julio tiene aplicaciones potenciales para mantener dispositivos electrónicos, vehículos y otros componentes por sobrecalentamiento, dijo Zhifeng Ren, autor correspondiente del trabajo y director del Centro de Superconductividad de Texas en la UH, donde también es profesor de física M.D. Anderson.

"Hemos producido un nuevo material, que es económico pero aún funciona casi tan bien como el tradicional, material más caro, "Dijo Ren. Los investigadores dicen que el trabajo futuro podría cerrar la pequeña brecha de rendimiento entre su nuevo material y el material tradicional, una aleación a base de bismuto-telurio.

Los materiales termoeléctricos funcionan aprovechando el flujo de corriente de calor de un área más cálida a un área más fría, y los módulos de refrigeración termoeléctricos funcionan según el efecto Peltier, que describe la transferencia de calor entre dos uniones eléctricas.

Los materiales termoeléctricos también se pueden utilizar para convertir el calor residual, de las centrales eléctricas, tubos de escape de automóviles y otras fuentes, en electricidad, y se ha informado de varios materiales nuevos para esa aplicación, lo que requiere que los materiales funcionen a temperaturas mucho más altas.

Los módulos de refrigeración termoeléctricos han planteado un gran desafío porque tienen que trabajar a temperaturas más frías, donde la figura de mérito termoeléctrico, o ZT, es baja porque depende de la temperatura. La figura de mérito es una métrica que se usa para determinar qué tan eficientemente funciona un material termoeléctrico.

A pesar del desafío, módulos de refrigeración termoeléctricos también, por ahora, ofrecer más potencial comercial, en parte porque pueden funcionar durante una vida útil prolongada a temperaturas más frías; La generación de energía termoeléctrica se complica por cuestiones relacionadas con las altas temperaturas a las que opera, incluyendo oxidación e inestabilidad térmica.

El mercado de la refrigeración termoeléctrica está creciendo. "El mercado mundial de módulos termoeléctricos tuvo un valor de ~ 600 millones de dólares estadounidenses en 2018 y se prevé que alcance los ~ 1700 millones de dólares estadounidenses para 2027, "escribieron los investigadores.

Las aleaciones de bismuto-telurio se han considerado el material de mejor rendimiento para el enfriamiento térmico durante décadas. pero los investigadores dijeron que el alto costo del telurio tiene un uso generalizado limitado. Jun Mao, investigador postdoctoral en la UH y primer autor del artículo, dijo que el costo ha bajado recientemente, pero sigue siendo de alrededor de $ 50 / kilogramo. Eso se compara con aproximadamente $ 6 / kilogramo de magnesio, un componente principal del nuevo material.

Además de Ren y Mao, autores adicionales en el artículo incluyen Hangtian Zhu, Zihang Liu y Geethal Amila Gamage, todo el Departamento de Física de la UH y TcSUH, y Zhiwei Ding y Gang Chen del Departamento de Ingeniería Mecánica del Instituto de Tecnología de Massachusetts.

Informaron que el nuevo material, compuesto de magnesio y bismuto y creado en una forma que lleva una carga negativa, conocido como tipo n, era casi tan eficiente como el material tradicional de bismuto-telurio. Ese, combinado con el menor costo, debería ampliar el uso de módulos termoeléctricos para refrigeración, ellos dijeron.

Para producir un módulo termoeléctrico utilizando el nuevo material, los investigadores lo combinaron con un portador de carga positiva, o tipo p, versión de la aleación tradicional de bismuto-telurio. Mao dijo que eso les permitió usar solo la mitad de telurio que la mayoría de los módulos actuales.

Debido a que el costo de los materiales representa aproximadamente un tercio del costo del dispositivo, que el ahorro suma, él dijo.

El nuevo material también mantiene el contacto eléctrico con más éxito que la mayoría de los materiales nanoestructurados, informaron los investigadores.