Dado que se espera que la conservación de energía juegue un papel cada vez más importante en la gestión de la demanda global, Los materiales y métodos que hacen un mejor uso de las fuentes de energía existentes se han vuelto cada vez más importantes.

Los investigadores informaron esta semana en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias que han dado un paso adelante en la conversión del calor residual, procedente de chimeneas industriales, plantas generadoras de energía o incluso tubos de escape de automóviles, en electricidad.

La obra, utilizando un compuesto termoeléctrico compuesto de niobio, titanio, hierro y antimonio, logró elevar drásticamente la densidad de salida de potencia del material mediante el uso de una temperatura de prensado muy caliente, hasta 1373 Kelvin, o alrededor de 2, 000 grados Fahrenheit - para crear el material.

"La mayor parte de la energía industrial se pierde como calor residual, "escribieron los investigadores." Convertir parte del calor residual en energía eléctrica útil conducirá a la reducción del consumo de combustibles fósiles y la emisión de CO2 ".

Los materiales termoeléctricos producen electricidad aprovechando el flujo de corriente de calor de un área más cálida a un área más fría, y su eficiencia se calcula como la medida de qué tan bien el material convierte el calor, a menudo el calor residual generado por las centrales eléctricas u otros procesos industriales, en energía. Por ejemplo, un material que absorbe 100 vatios de calor y produce 10 vatios de electricidad tiene una tasa de eficiencia del 10 por ciento.

Esa es la forma tradicional de considerar los materiales termoeléctricos, dijo Zhifeng Ren, Profesor de Física MD Anderson en la Universidad de Houston y autor principal del artículo. Pero tener una eficiencia de conversión relativamente alta no garantiza una salida de alta potencia, que mide la cantidad de energía producida por el material en lugar de la tasa de conversión.

Dado que el calor residual es una fuente abundante y gratuita de combustible, la tasa de conversión es menos importante que la cantidad total de energía que se puede producir, dijo Ren, quien también es investigador principal en el Centro de Superconductividad de Texas en UH. "En el pasado, eso no ha sido enfatizado ".

Además de Ren, Los investigadores involucrados en el proyecto incluyen a Ran He, Jun Mao, Qing Jie, Jing Shuai, Hee Seok Kim, Yuan Liu y Paul C.W. Chu, todo UH; Daniel Kraemer, Lingping Zeng y Gang Chen del Instituto de Tecnología de Massachusetts; Yucheng Lan de la Universidad Estatal de Morgan, y Chunhua Li y David Broido de Boston College.

Los investigadores modificaron un compuesto de niobio, hierro y antimonio, sustituyendo entre el 4 y el 5 por ciento del niobio por titanio. El procesamiento del nuevo compuesto a una variedad de altas temperaturas sugirió que una temperatura muy alta (1373 Kelvin) resultó en un material con un factor de potencia inusualmente alto.

"Para la mayoría de los materiales termoeléctricos, un factor de potencia de 40 es bueno, "Dijo Ren." Muchos tienen un factor de potencia de 20 o 30 ".

El nuevo material tiene un factor de potencia de 106 a temperatura ambiente, y los investigadores pudieron demostrar una densidad de potencia de salida de 22 vatios por centímetro cuadrado, mucho más alto que los 5 a 6 vatios producidos típicamente, él dijo.

"Es necesario enfatizar este aspecto de la termoeléctrica, ", dijo." No se puede simplemente mirar la eficiencia. Hay que fijarse también en el factor de potencia y la potencia de salida ".