Figura 1. Energía termoeléctrica gigante de materiales termoeléctricos iónicos (i-TE). (A) Materiales i-TE de gelatina- X KCl- metro / norte FeCN4- / 3- ( X es KCl y metro / norte son concentraciones molares de K4Fe (CN) 6 / K3Fe (CN) 6, respectivamente) en este trabajo como Gelatina ( X =0 M, metro / norte =0 M), Gelatina-FeCN4- / 3- ( X =0 M, metro / norte =0,42 / 0,25 M), Gelatina-KCl ( X =0,8 M, metro / norte =0 M) y Gelatina-KCl-FeCN4- / 3- ( X =0,8 M, metro / norte =0,42 / 0,25 M, relación de volumen de agua a gelatina r v =2.0 y 3.0). (B) Termopotencia absoluta de los materiales i-TE que contienen el efecto de termodifusión o el efecto termogalvánico. Crédito:Universidad de Ciencia y Tecnología del Sur
Investigación pionera publicada en Ciencias y dirigido por la Universidad de Ciencia y Tecnología del Sur (SUSTech) ha descubierto que la gelatina podría usarse para alimentar dispositivos en el futuro, utilizando solo el calor generado por el cuerpo humano.
Profesor asociado Weishu Liu (MSE, SUSTech) ha dirigido su equipo de investigación, en colaboración con el profesor Gang Chen del Departamento de Ingeniería Mecánica, Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), para desarrollar un dispositivo portátil de prueba de concepto con tecnología de gelatina. El artículo fue publicado en línea en la revista académica de alto impacto, La ciencia como primera versión, bajo el título, "Energía termoeléctrica gigante de la gelatina iónica cerca de la temperatura ambiente, "el jueves 30 de abril, 2020
La mayoría de los materiales termoeléctricos son semiconductores inorgánicos que requieren metales nobles o tecnología de procesamiento. Los investigadores se han centrado en la exploración de nuevos materiales termoeléctricos cerca de la temperatura ambiente, que utilizan el efecto Seebeck para convertir la energía térmica en energía eléctrica. El uso de dispositivos termoeléctricos electrónicos autoalimentados requiere la integración de miles o incluso decenas de miles de pequeños elementos termoeléctricos de 10 a 100 micrones, o incluir un amplificador de voltaje CC-CC con un costo de la densidad de potencia de salida.
Antes del desafío de igualación de voltaje, Weishu Liu pidió una exploración de "ir más allá de Seebeck" al considerar el uso de iones y el dominio eléctrico como portador de energía, u otros mecanismos nuevos para resolver este desafío de la aplicación termoeléctrica. Estas recomendaciones se hicieron en su artículo titulado "Nuevas tendencias, estrategias, y oportunidades en materiales termoeléctricos:una perspectiva, " publicado en Materiales hoy Física en 2017.
Figura 2. Prueba de concepto de dispositivo i-TE portátil. (A) Ensayo de tracción del material i-TE. (B) Voltaje generado a partir de un dispositivo portátil i-TE flexible de prueba de concepto con 25 elementos unipolares (5 × 5 × 1,8 mm) en serie que se llevan en el dorso de la mano humana. (C) Energía (línea, -), voltaje (línea de trazos, -), corriente de salida (línea de puntos y guiones, - ∙ -) curvas al recolectar el calor corporal real. (D) Comparación de rendimiento en voltaje de salida y potencia del dispositivo portátil mediante el uso de materiales e-TE y materiales i-TE de estado cuasi-sólido en condiciones reales de uso del cuerpo humano. norte representó el número de elementos termoeléctricos de tipo n / p en los dispositivos portátiles. Crédito:Universidad de Ciencia y Tecnología del Sur
El artículo publicado hoy en Ciencias es un reflejo de muchos años de arduo trabajo. La gelatina en cuestión es una sustancia de alto peso molecular que se encuentra en los huesos. Es buscado por los chefs en una amplia gama de cocinas y al mismo tiempo es una materia prima esencial para varias aplicaciones industriales.
El equipo de investigación propuso originalmente que un gel iónico cuasi sólido podría lograr un efecto de potencial termoeléctrico gigante al combinar el efecto de la entropía difusa de los iones y la entropía de reacción del par redox (reacción de reducción química-oxidación). Alcanzaron una termopotencia de 17.0 mV K-1 en material termoeléctrico iónico cuasi-sólido, que es casi dos órdenes de magnitud más alta que la típica termoeléctrica electrónica
Luego, el equipo de investigación reunió veinticinco unidades para representar un dispositivo de prueba de concepto. Cada unidad se ensambló en un dispositivo portátil flexible, usando un cuerpo humano para el poder. Los investigadores pudieron alcanzar un voltaje de hasta 2,2 voltios (V) y una potencia de salida máxima de 5 μW. Si bien eso parece pequeño, puede controlar los sensores de la mayoría de los dispositivos de Internet de las cosas (IoT).
Weishu Liu dijo:"El descubrimiento experimental del efecto termoeléctrico gigante nos trajo alegría, y luego muchas preguntas. El profesor Gang Chen nos proporcionó las pautas esenciales para responder cada pregunta una por una. También nos permitió darnos cuenta de la verdad sobre el placer de la investigación:nunca dejes de explorar, ya que se trata de tu sueño. Necesitas seguir buscando hasta que obtengas la verdad para encontrar nuevos conocimientos ".
