La búsqueda de termoeléctricos, materiales exóticos que convierten el calor directamente en electricidad, ha recibido un impulso de investigadores del Instituto de Tecnología de California y la Universidad de Tokio, que han encontrado la mejor manera de identificarlos.

En la nueva revista de acceso abierto Materiales APL , el equipo muestra que una técnica relativamente simple llamada "aproximación de banda rígida" puede predecir las propiedades de un material con mayor precisión que una de la competencia, método más complicado.

"El enfoque de banda rígida todavía ofrece lo simple, conceptos de ingeniería predictiva que necesitamos para descubrir composiciones fructíferas de materiales termoeléctricos, "dice G. Jeffrey Snyder, un asociado de la facultad de Caltech en ciencia de materiales, quien dirigió la investigación.

Los termoeléctricos se han utilizado desde la década de 1950 para impulsar naves espaciales al convertir el calor de la desintegración radiactiva en electricidad. Sus propiedades inusuales surgen de interacciones complejas entre los muchos electrones asociados con los átomos en aleaciones de metales pesados ​​como el plomo, bismuto, telurio y antimonio.

Sin partes móviles, Los generadores termoeléctricos son silenciosos y extremadamente fiables. requiriendo un mantenimiento mínimo. Sin embargo, los generadores son relativamente ineficientes (por lo general menos del 10 por ciento) y los materiales necesarios para construirlos son costosos, factores que han impedido su uso generalizado y la termoeléctrica limitada a aplicaciones específicas como naves espaciales o refrigeradores de vino.

En años recientes, sin embargo, la necesidad de una mayor eficiencia energética y generación de energía sin carbono ha despertado un renovado interés en la termoeléctrica. Con mejoras, Los investigadores creen que los materiales podrían generar electricidad barata a partir del calor desperdiciado producido por los motores y los hornos de las fábricas.

"Si pudiéramos duplicar su eficiencia, luego, los módulos termoeléctricos incorporados en el sistema de escape de un motor de automóvil podrían generar suficiente energía para reemplazar el alternador, lo que aumentaría el rendimiento de la gasolina del automóvil, "dijo Snyder.

El desafío para los científicos es elegir composiciones de aleación, tamaños de cristales y aditivos, (también llamados dopantes), lo que produciría una alta eficiencia termoeléctrica. Con un número exhaustivo de combinaciones posibles para elegir, los científicos utilizan cálculos teóricos para guiar su búsqueda de materiales prometedores. La extrema complejidad de los materiales, sin embargo, Requiere que los teóricos hagan varias suposiciones que han llevado a diferentes enfoques.

El enfoque más común es la aproximación de "banda rígida", que proporciona un modelo relativamente simple de la estructura electrónica de un material, y el enfoque más complejo de "supercélulas", lo que da una imagen detallada de su disposición atómica ideal. Algunos científicos han dicho que el enfoque de la banda rígida es demasiado simple e inexacto para ser útil.

El equipo de Snyder informó exactamente el resultado opuesto. Sus cálculos mostraron que el enfoque de banda rígida era en realidad más preciso que el método de supercélula para predecir las propiedades observadas de un termoeléctrico popular, el telururo de plomo, dopado con una pequeña cantidad de sodio. potasio o talio.

"Los enfoques de supercélulas son precisos para casos de dopantes muy específicos, pero no tienen en cuenta los diversos defectos presentes en los materiales reales, ", Dijo Snyder. Al utilizar el modelo de banda rígida más simple, él agregó, los científicos deberían poder identificar más rápidamente composiciones termoeléctricas nuevas y prometedoras más eficientes.