Los generadores de energía termoeléctrica que producen energía eléctrica a partir del calor residual serían una herramienta útil para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero si no fuera por un problema sumamente molesto:la necesidad de hacer contactos eléctricos en su lado caliente, que a menudo es demasiado caliente para los materiales que pueden generar una corriente.

El calor hace que los dispositivos fallen con el tiempo.

Los dispositivos conocidos como termoeléctricos transversales evitan este problema al producir una corriente que corre perpendicular al dispositivo conductor, requiriendo contactos solo en el extremo frío del generador. Aunque se considera una tecnología prometedora, los materiales que se sabe que crean este voltaje lateral son impracticablemente ineficientes, o eso pensaban los científicos.

Investigadores de la Universidad Estatal de Ohio muestran en un nuevo estudio que un solo material, un cristal en capas que consta de los elementos renio y silicio, resulta ser el estándar de oro de los dispositivos termoeléctricos transversales.

Los científicos demostraron que este único compuesto funciona como un generador termoeléctrico altamente efectivo debido a una propiedad poco común:llevar simultáneamente cargas tanto positivas como negativas que pueden moverse de forma independiente en lugar de correr paralelas entre sí. lo que los obliga a zigzaguear hacia los contactos para generar una corriente eléctrica.

Al construir un generador termoeléctrico con un cristal de aproximadamente dos pulgadas de largo, Los investigadores también determinaron que cuando el cristal está situado en un ángulo específico en el dispositivo, puede producir una cantidad impresionante de energía.

"Demostramos que estos materiales son tan efectivos como la tecnología de generador termoeléctrico convencional, pero supera sus principales desventajas, "dijo el coautor del estudio Joshua Goldberger, profesor de química y bioquímica en el estado de Ohio.

"Esta es la primera vez que se ha demostrado que este tipo de dispositivo es factible. Con eficiencias que son órdenes de magnitud más altas que cualquier dispositivo transversal anterior, este compuesto es tan bueno como lo que puede comprar comercialmente, pero promete ser mucho más simple y confiable ".

La investigación se publica en línea en la revista. Ciencias de la energía y el medio ambiente .

Si bien el 97% de la energía se genera a partir del calor, tiramos la mayor parte del calor, dejándolo escapar de las chimeneas, tubos de escape de automóviles y similares.

"El calor residual es realmente importante. Siempre y para siempre ha habido una búsqueda para mejorar la eficiencia de todos los motores que generan energía a partir del calor:la cantidad de trabajo que puede sacar de ellos que puede usar, "dijo el coautor del estudio Joseph Heremans, profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial y becario eminente de Ohio en nanotecnología en el estado de Ohio.

"Por mucho tiempo, hemos soñado con encontrar pequeños motores que no tengan partes móviles que puedan absorber calor y producir electricidad ".

Y ahora lo han hecho.

La mayoría de los materiales realizan solo un tipo de carga, provocando que la mayoría de los dispositivos termoeléctricos estén compuestos de múltiples compuestos, sin embargo, la complejidad de hacer contactos con ellos ha obstaculizado los esfuerzos para construir un generador termoeléctrico eficiente y eficaz que sea fácil de construir y pueda soportar altas temperaturas.

Hace dos años, este equipo de investigación descubrió propiedades inesperadas en un compuesto diferente que permitía electrones y huecos, las fuentes de las cargas negativas y positivas, respectivamente, que generan una corriente eléctrica, para correr a lo largo de lo que podría parecerse a una carretera de norte a sur por un cargo y una carretera de este a oeste por el otro.

Después de ese descubrimiento, los investigadores examinaron la investigación existente sobre otros cristales que otros científicos habían descubierto que hacían lo mismo.

"Nos interesamos en esto porque al principio, no nos dimos cuenta de que podía existir. Cuando nos dimos cuenta de que podía existir, hemos estado esforzándonos mucho para encontrar estos materiales, "Dijo Goldberger. Hasta la fecha, han confirmado experimentalmente 15 materiales con estas propiedades; de los más de 110, 000 estructuras cristalinas descubiertas y catalogadas en una base de datos internacional.

"Se han descubierto algunos, pero ninguno fue explotado por su funcionalidad. Lo que hemos descubierto es que podemos hacer algo con él, "dijo Wolfgang Windl, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en Ohio State y coautor del estudio.

"Todo lo que tenemos que hacer es poner cables en un extremo y orientar el cristal de cierta manera y de repente tenemos un generador de energía sin partes móviles. Y lo calientas con cualquier calor residual que tengas en tu casa, coche o cohete, y esto generará energía libre de emisiones por sí solo y básicamente sin fin. Para mí es un poco como magia negra ".

Teóricamente un generador hecho con este compuesto podría usarse en cualquier lugar donde se genere calor; el tamaño del cristal puede ser variable, y en este estudio estuvo dictado por el tamaño del horno en el que se cultivó.

Heremans dijo que el generador podría producir suficiente electricidad a partir del escape del automóvil para impulsar el vehículo hacia adelante, pero favorece la idea de utilizar esta tecnología a menor escala:"Las aplicaciones de menor escala son aquellas en las que las soluciones complejas no son bienvenidas porque son demasiado caras, "Dijo." Ahí es donde una solución simple como esta es probablemente la mejor ".