La conversión termoeléctrica (TE) ofrece generación de energía sin carbono a partir de energía geotérmica, desperdicio, calor corporal o solar, y promete ser la tecnología de conversión de energía de próxima generación. En el núcleo de dicha conversión TE, allí se encuentra un dispositivo termoeléctrico de estado sólido que permite la conversión de energía sin la emisión de ruido, vibraciones o contaminantes. A esto, un equipo de investigación de POSTECH propuso una forma de diseñar el dispositivo termoeléctrico de próxima generación que presenta un proceso de fabricación y una estructura notablemente simples en comparación con los convencionales, al tiempo que muestra una eficiencia de conversión de energía mejorada utilizando el efecto Spin Seebeck (SSE).

Un equipo de investigación conjunto de POSTECH, dirigido por el profesor Hyungyu Jin y Ph.D. El candidato Min Young Kim del Departamento de Ingeniería Mecánica con el Profesor Si-Young Choi del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, ha logrado diseñar un dispositivo termoeléctrico altamente eficiente optimizando las propiedades tanto del interior como de la superficie del material magnético que hace hasta el dispositivo termoeléctrico SSE. Este es un estudio pionero para mostrar la posibilidad de fabricar un dispositivo termoeléctrico de próxima generación utilizando el SSE, que se ha mantenido en investigación fundamental. Estos resultados de la investigación se publicaron recientemente en la edición en línea de Ciencias de la energía y el medio ambiente , una revista académica internacional en el campo de la energía.

Los dispositivos TE convencionales se basan en el efecto Seebeck de carga, un efecto termoeléctrico en el que se genera una corriente de carga en la dirección paralela a un gradiente de temperatura aplicado en un material sólido. Esta geometría longitudinal complica la estructura del dispositivo y limita la fabricación de tales dispositivos TE.

El equipo de investigación fabricó un dispositivo SSE de bicapa de platino (Pt) de ferrita de níquel (NFO) pensando fuera de la caja; se dieron cuenta de que la estructura del dispositivo se puede simplificar mucho más utilizando el efecto TE transversal donde se genera una corriente de carga en la dirección perpendicular al gradiente de temperatura aplicado. Cuando se aplica un gradiente de temperatura en la dirección de la altura del dispositivo, la corriente de espín generada en el material magnético NFO se transfiere a la interfaz entre NFO y Pt, inyectado en el Pt, luego se convierte en una corriente eléctrica dentro del Pt. La corriente generada en este momento fluye en una dirección perpendicular al gradiente de temperatura aplicado. Al usar este SSE, Es posible construir una estructura de dispositivo que sea más simple y más fácil de escalar en comparación con los dispositivos termoeléctricos convencionales.

Para utilizar el dispositivo SSE, requiere una mejora espectacular en la estructura y la eficiencia. A esto, el equipo de investigación ideó un método de tratamiento térmico simple para mejorar la eficiencia del dispositivo termoeléctrico NFO-Pt. Fue descubierto a través de una observación utilizando un microscopio electrónico de transmisión de barrido, que se puede formar una microestructura única dentro del material NFO calentándolo a una temperatura alta de 1200 ° C o más durante un cierto tiempo, luego calentar a una temperatura más alta durante un tiempo determinado y luego enfriar. Además, el equipo también confirmó que la misma técnica de tratamiento térmico también puede mejorar significativamente la calidad de la interfaz entre NFO y Pt. Finalmente, Se demostró que estos dos efectos pueden mejorar en gran medida la eficiencia termoeléctrica del dispositivo.

"En este estudio, Hemos explicado y presentado los principios detrás de la fabricación del dispositivo TE de próxima generación con una estructura mucho más simple que los convencionales utilizando el SSE y un método que puede mejorar drásticamente su eficiencia a través de una técnica de tratamiento térmico simple. "comentó el profesor Hyungyu Jin, quien dirigió el estudio. Añadió:"Si esto lleva al desarrollo de dispositivos TE altamente eficientes en el futuro, promete contribuir en última instancia a mitigar los desafíos energéticos y climáticos ".