Casi 200 años después de que el físico francés Jean Peltier descubriera que la corriente eléctrica que fluye a través de la unión de dos metales diferentes podría usarse para producir un efecto de calentamiento o enfriamiento, Los científicos continúan buscando nuevos materiales termoeléctricos que puedan usarse para la generación de energía.

Investigadores escribiendo en Materiales de la naturaleza , sin embargo, dicen que es hora de intensificar los esfuerzos para encontrar nuevos materiales para el enfriamiento termoeléctrico.

Los compuestos de telurio de bismuto se han utilizado para enfriamiento termoeléctrico durante más de 60 años, y los investigadores dicen que el hecho de que ya exista una demanda comercial de la tecnología sugiere que mejores materiales pueden expandir el mercado.

"La mayor parte del trabajo se centra en materiales de alta temperatura para la generación de energía, pero todavía no hay mercado allí, "dijo Zhifeng Ren, director del Centro de Superconductividad de Texas en la Universidad de Houston y autor correspondiente del artículo. "La refrigeración es un mercado existente, un mercado de mil millones de dólares, y no ha habido mucho progreso en los materiales ".

Él y los coautores Jun Mao, investigador de TcSUH, y Gang Chen, ingeniero mecánico y nanotecnólogo del Instituto de Tecnología de Massachusetts, piden un mayor enfoque en el desarrollo de nuevos materiales avanzados que funcionen a temperatura ambiente o cerca de ella.

Los tres formaban parte de un grupo que en 2019 informó en la revista Ciencias un nuevo material que funciona de manera eficiente a temperatura ambiente y que no requiere casi ningún telurio costoso, un componente importante del material actual de última generación.

El material, compuesto de magnesio y bismuto, era casi tan eficiente como el material tradicional de bismuto-telurio. El trabajo para mejorar el material está en curso, Dijo Ren.

Los materiales termoeléctricos funcionan aprovechando el flujo de corriente de calor de un área más cálida a un área más fría, proporcionando una fuente de energía libre de emisiones. Los materiales se pueden utilizar para convertir el calor residual, procedente de plantas de energía, 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 más altas.

Los módulos de enfriamiento termoeléctricos han planteado un desafío mayor porque tienen que trabajar cerca de la temperatura ambiente, haciendo más difícil lograr una alta figura de mérito termoeléctrico, una métrica que se utiliza para determinar la eficiencia con la que funciona un material. Los materiales termoeléctricos utilizados para la generación de energía logran más fácilmente una alta figura de mérito porque operan a temperaturas más altas, a menudo alrededor de 500 grados centígrados, o alrededor de 930 Fahrenheit.

Pero también hay ventajas para los dispositivos de refrigeración termoeléctricos:son compactos, funciona silenciosamente y puede cambiar casi instantáneamente entre calefacción y refrigeración, permitiendo un control preciso de la temperatura. También operan sin generar gases de efecto invernadero que dañan la capa de ozono.

Se utilizan principalmente para pequeñas aplicaciones, incluido el transporte de suministros médicos y diodos láser de enfriamiento.

"Para dispositivos de refrigeración a gran escala, un compresor es aún más eficiente, "dijo Ren, quien también es Profesor de Física de la Cátedra M.D. Anderson. "Para sistemas más pequeños o para cualquier aplicación de refrigeración que requiera un control de temperatura muy preciso, el enfriamiento regular impulsado por compresor no es tan bueno ".

Pero el descubrimiento de materiales nuevos y mejores podría expandir el mercado.

"Si puede encontrar materiales con una cifra de mérito más alta, puede tener un rendimiento muy competitivo para refrigeradores o incluso aire acondicionado, "Dijo Ren." Aún no está ahí, pero no veo por qué no puede ser en el futuro ".