Un equipo de investigación ha demostrado que la conversión termoeléctrica transversal (es decir, la conversión de energía entre corrientes de carga y calor que fluyen ortogonalmente entre sí) se puede mejorar enormemente aplicando campos magnéticos o utilizando magnetismo.
Además, el equipo desarrolló un imán permanente termoeléctrico, un nuevo material funcional capaz de enfriar y generar energía termoeléctrica, combinando imanes permanentes y materiales termoeléctricos en una estructura híbrida. Estos resultados pueden servir como guía para lograr la gestión térmica y la recolección de energía utilizando imanes comunes.
El efecto Seebeck y el efecto Peltier han sido ampliamente investigados por su aplicación a las tecnologías de conversión termoeléctrica (TEC). Estos efectos se clasifican como fenómenos TEC longitudinales:conversión entre corrientes de carga y calor que fluyen en paralelo entre sí.
Aunque los dispositivos TEC longitudinales tienen una mayor eficiencia de conversión de energía que sus homólogos transversales, sus estructuras son más complejas. Por el contrario, los dispositivos TEC transversales estructuralmente más simples pueden tener bajas pérdidas de energía, bajos costos de fabricación y una excelente durabilidad.
Sin embargo, para lograr el uso práctico de los dispositivos TEC transversales, es necesario mejorar su eficiencia de conversión. La TEC transversal es impulsada por diferentes tipos de fenómenos físicos:fenómenos inducidos magnéticamente (es decir, el efecto magneto-termoeléctrico) y fenómenos atribuidos a estructuras cristalinas o electrónicas anisotrópicas. Hasta ahora estos fenómenos sólo se habían investigado de forma independiente unos de otros.
Este equipo de investigación del Instituto Nacional de Ciencia de Materiales (NIMS) fabricó recientemente un material multicapa inclinado artificialmente, un material híbrido capaz de exhibir simultáneamente tres tipos diferentes de fenómenos TEC, incluidos los efectos magnetotermoeléctricos. Luego, el equipo demostró el rendimiento de enfriamiento mejorado de este material debido al TEC transversal.
El material híbrido se creó apilando y uniendo alternativamente Bi88 SB12 losas de aleación, que presentan grandes efectos magnetotermoeléctricos, y Bi0,2 Sb1,8 Te3 losas de aleación, que exhiben un gran efecto Peltier.
A continuación, esta pila se cortó en diagonal para formar el material multicapa revestido artificialmente. Cuando se aplicaron campos magnéticos a este material, su eficiencia TEC transversal aumentó, lo que se atribuyó a los efectos combinados de los tres tipos de fenómenos TEC.
Luego, el equipo reemplazó el Bi0.2. Sb1,8 Te3 placas de aleación con imanes permanentes y descubrió que el rendimiento del TEC transversal puede mejorarse mediante los efectos magnetotermoeléctricos incluso sin campos magnéticos externos.
Esta investigación demostró cómo se pueden diseñar materiales magnéticos para aumentar sus capacidades de generación de energía y enfriamiento termoeléctrico. El equipo desarrollará materiales/dispositivos con una mejor gestión térmica y capacidades de recolección de energía para una sociedad sostenible y sistemas de IoT mejorados en futuras investigaciones.
Esta investigación se publica en la revista Advanced Energy Materials. .
Más información: Ken‐ichi Uchida et al, Enfriamiento magnetotermoeléctrico transversal híbrido en multicapas inclinadas artificialmente, Materiales energéticos avanzados (2023). DOI:10.1002/aenm.202302375
Información de la revista: Materiales Energéticos Avanzados
Proporcionado por el Instituto Nacional de Ciencia de Materiales
