Convertir calor en electricidad con materiales termoeléctricos mejorados



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## Convertir calor en electricidad con materiales termoeléctricos mejorados

13/12/2023 |
SCP

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Echa un vistazo a tu entorno y comprueba cuántas fuentes de calor puedes encontrar. Probablemente señalarás en primer lugar el Sol, que irradia calor durante muchas horas del día. También las luces de los edificios, que se calientan cuando están en funcionamiento, así como los ordenadores portátiles, los ordenadores y los teléfonos móviles. ¿Y sus propios cuerpos? Están a unos 36ºC, algunos grados más que la temperatura ambiente. Hay muchos otros ejemplos -fluidos calientes en tuberías, gases de escape de coches y hornos industriales-, ya que el calor es omnipresente.

En general, se considera que más del 60% de la energía mundial se pierde en forma de calor residual, lo que representa una enorme cantidad de energía.

Una recuperación del 10% de este calor residual superaría la suma de la mayoría de las fuentes de energía renovables actuales, como la solar, la eólica, la geotérmica y la hidráulica. De ahí que las tecnologías capaces de convertir el calor en electricidad puedan contribuir enormemente a resolver la actual crisis energética.

**Los materiales termoeléctricos convierten directamente el calor en electricidad**

Una de las tecnologías disponibles son los dispositivos termoeléctricos, que pueden convertir directamente el calor en electricidad con un funcionamiento seguro, limpio y respetuoso con el medio ambiente.

Cuando existe una diferencia de temperatura a través de un material termoeléctrico, se crea una tensión eléctrica que puede convertirse en electricidad.

El voltaje que se puede obtener por cada grado de diferencia de temperatura se denomina coeficiente Seebeck, que debe ser el más alto posible.

Aparte de este parámetro, es importante que un material termoeléctrico presente una alta conductividad eléctrica y una baja conducción térmica. Estas tres propiedades están fuertemente interrelacionadas, lo que dificulta su optimización y constituye actualmente uno de los principales obstáculos para conseguir materiales termoeléctricos eficientes.

**Proyecto pendiente: mejora de la eficiencia de los dispositivos termoeléctricos**

El proyecto UncorrelaTEd, coordinado por el Dr. Jorge García Cañadas de la Universitat Jaume I, trata de encontrar una solución a este problema, centrándose específicamente en la correlación adversa entre el coeficiente Seebeck y la conductividad eléctrica (uno disminuye cuando el otro aumenta).

Para lograr este objetivo, se está desarrollando un novedoso dispositivo híbrido sólido-líquido. En este sistema, un material termoeléctrico poroso (el sólido) es permeado por un electrolito líquido (una sal disuelta en un disolvente), que está diseñado para interactuar tácticamente con el sólido y aumentar simultáneamente el coeficiente Seebeck y la conductividad eléctrica.

El proyecto se basó en los exitosos resultados iniciales obtenidos en este sistema sólido-líquido, que se lograron en un material sólido de rendimiento modesto. Por esta razón, a pesar de las importantes mejoras, no se alcanzaron eficiencias globales muy elevadas.

El proyecto UncorrelaTEd pretende ampliar estas mejoras a las aleaciones de teluro de bismuto, que son los mejores materiales termoeléctricos en torno a la temperatura ambiente. Además de estas aleaciones, el proyecto también estudiará otras dos familias de materiales: óxidos y polímeros, ya que se espera que el planteamiento del proyecto pueda aplicarse ampliamente.

Aunque su rendimiento no es tan alto como el del teluro de bismuto, ofrecen distintas ventajas, como una mayor estabilidad química, menores costes y mayor abundancia, menor toxicidad y flexibilidad, y facilidad de procesamiento.

En el proyecto, formado por seis socios, tres instituciones trabajan en el desarrollo de las tres familias diferentes de materiales (KTH en Suecia, IREC en España y Specific Polymers en Francia). Se enfrentan al reto de preparar películas porosas de distintos materiales con un buen rendimiento inicial, que se espera potenciar con la presencia de electrolitos. La Universitat Jaume I de España se encarga de la integración de las películas sólidas con los electrolitos y de su optimización, con el fin de proporcionar las mayores eficiencias posibles. Solvionic, de Francia, contribuye al proyecto aportando líquidos iónicos, que se probarán como electrolitos.

Actualmente, el proyecto investiga intensamente aleaciones y polímeros de teluro de bismuto. Los óxidos serán los siguientes.

**La tecnología del proyecto podría aplicarse a diversos sectores**

Se espera que los resultados de UncorrelaTEd puedan aplicarse en muchos sectores. Por ejemplo, el desarrollo de la Internet de las Cosas (IoT), que dará lugar a un nuevo concepto de sociedad (sociedad 5.0) con beneficios sin precedentes, está actualmente muy limitado por el uso de baterías.

La tecnología UncorrelaTEd podría conducir a sensores autoalimentados -utilizando, por ejemplo, el calor corporal y los gases de escape industriales- eliminando la necesidad de baterías y sus costes de mantenimiento asociados y su nocivo impacto medioambiental.

Los textiles son otro sector en el que los materiales termoeléctricos pueden integrarse en dispositivos de alimentación, como la electrónica implantable y los sistemas de monitorización inalámbricos para la atención sanitaria.

Artículo publicado por el investigador principal, Jorge García Cañadas, en **Innovation News Network** (Julio 2023).

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