Valencià:
Un equip de treball del Grup d’Investigacio de Polímers i Materials Avançats (PIMA) de la Universitat Jaume I de Castelló inicia a principis d’any el projecte europeu del programa H2020 «Solid-liquid thermoelectric systems with uncorrelated properties» (UncorrelaTEd) que té com a principal propòsit aconseguir materials termoelèctrics que augmenten notablement l’aprofitament del calor residual de vehicles, entorns industrials i, inclòs, el cos humà, com a electricitat.
Més del 60% de l’energia global es perd com a calor residual (un motor de combustió, per exemple, només aprofita el 25-30%). Els materials termoelèctrics (TEs) poden convertir grans quantitats d’aquest calor residual en electricitat i contribuir significativament al desafiament energètic actual. A pesar dels esforços per millorar aquests tipus de materials, la tecnologia està limitada per la seua baixa eficiència (difícilment usable a gran escala amb una eficàcia entre el 6-8%).
L’eficiència dels materials termoelèctrics està basada en tres paràmetres: coeficient Seebeck (indica la quantitat de voltatge que pot generar per cada grau de diferència de temperatura entre els extrems del material); conductivitat elèctrica (capacitat de conducció de l’electricitat); i conductivitat tèrmica (capacitat de conducció del calor). Perquè un material siga eficient terme elèctricament cal que mostre un alt coeficient Seebeck i una gran conductivitat elèctrica, però una baixa conductivitat tèrmica.
La correlació entre aquestes tres propietats estableix la capacitat termoelèctrica dels materials en estat sòlid, però trencar-la és complicat perquè quan s’augmenta el parametre Seebeck disminueix la conductivitat elèctrica i quan augmenta aquesta també ho fa la conductivitat tèrmica. El projecte UncorrelaTEd proposa una nova estratègia per trencar la correlació que existeix entre el coeficient Seebeck i la conductivitat elèctrica, mitjançant la utilització d’un material porós, nanoestructurat, en combinació amb un electròlit (una sal dissolta en un dissolvent), un nou paradigma que connecta la termoelectricitat i l’electroquímica.
La idea plantejada per l’equip d’investigació és treballar amb una estructura amb certa porositat, que inicialment és beneficiosa perquè disminueix la conductivitat tèrmica, i omplir els buits amb un electròlit. S’experimentarà amb diferents electròlits que milloren les dues propietats en discòrdia (coeficient Seebeck i conductivitat elèctrica) amb un líquid que envolta el material i interacciona amb ell. Els assajos preliminars duts a terme pel grup han millorat en 35 vegades l’eficàcia del material.
S’estudiaran tres grups de materials diferents: lliga tel·lurur de bismut (que és el que millor funciona en condicions de temperatura ambient); òxids (més econòmics, menys tòxics i més estables químicament); i els polímers (fàcilment processables a baixa temperatura i també mes econòmics).
El projecte UncorrelaTEd serà desenvolupat per un consorci, liderat per l’UJI sota la coordinació de Jorge García Cañadas, i el seu equip (Lourdes Màrquez Garcia, Adrián Mota Babiloni y Braulio Beltrán Pitarch) del Departament d’Enginyeria de Sistemes Industrials i Disseny; la Fundació Institut de Recerca de l’Energia de Catalunya; el grup de materials de la universitat sueca Kungliga Tekniska Hoergskolan (KTH); la University of Warwick de Regne Unit que col·laborarà en les simulacions; i dues empreses: Intenanomat, del Parc Tecnològic de la Universitat de València que ajudarà en la part relacionada amb els polímers; i la francesa Solvionic que treballa amb líquids iònics, uns electròlits especials.
Actualment, les possibles aplicacions abasten camps com els vehicles (aprofitant els gasos de la combustió), la Internet de les Coses, fàbriques i indústries com la de l’acer (on es podria reduir la pèrdua energètica entre un 10-20%), en els llars, o aprofitant el calor del mateix cos humà per a obtindre sensors autoalimentats.

Español:
Un equipo de trabajo del Grupo de Investigacio de Polímeros y Materiales Avanzados (PIMA) de la Universitat Jaume I de Castelló inicia a principios de año el proyecto europeo del programa H2020 «Solid-liquid thermoelectric systems with uncorrelated properties» (UncorrelaTEd) que tiene como principal propósito conseguir materiales termoeléctricos que aumentan notablemente el aprovechamiento del calor residual de vehículos, entornos industriales e incluso el cuerpo humano, como electricidad.
Más del 60% de la energía global se pierde como calor residual (un motor de combustión, por ejemplo, solo aprovecha el 25-30%). Los materiales termoeléctricos (TEs) pueden convertir grandes cantidades de este calor residual en electricidad y contribuir significativamente al desafío energético actual. A pesar de los esfuerzos para mejorar estos tipos de materiales, la tecnología está limitada por su baja eficiencia (difícilmente usable a gran escala con una eficacia entre el 6-8%).
La eficiencia de los materiales termoeléctricos está basada en tres parámetros: coeficiente Seebeck (indica la cantidad de voltaje que puede generar por cada grado de diferencia de temperatura entre los extremos del material); conductividad eléctrica (capacidad de conducción de la electricidad); y conductividad térmica (capacidad de conducción del calor). Porque un material sea eficiente término eléctricamente hace falta que muestro un alto coeficiente Seebeck y una gran conductividad eléctrica, pero una baja conductividad térmica.
La correlación entre estas tres propiedades establece la capacidad termoeléctrica de los materiales en estado sólido, pero romperla es complicado porque cuando se aumenta el parametre Seebeck disminuye la conductividad eléctrica y cuando aumenta esta también lo hace la conductividad térmica. El proyecto UncorrelaTEd propone una nueva estrategia para romper la correlación que existe entre el coeficiente Seebeck y la conductividad eléctrica, mediante la utilización de un material poroso, nanoestructurat, en combinación con un electrólito (una sal disuelta en un disolvente), un nuevo paradigma que conecta la termoelectricidad y la electroquímica.
La idea planteada por el equipo de investigación es trabajar con una estructura con cierta porosidad, que inicialmente es beneficiosa porque disminuye la conductividad térmica, y llenar los vacíos con un electrólito. Se experimentará con diferentes electrólitos que mejoran las dos propiedades en discordia (coeficiente Seebeck y conductividad eléctrica) con un líquido que rodea el material e interacciona con él. Los ensayos preliminares llevados a cabo por el grupo han mejorado en 35 veces la eficacia del material.
Se estudiarán tres grupos de materiales diferentes: aleación de telururo de bismuto (que es el que mejor funciona en condiciones de temperatura ambiente); óxidos (más económicos, menos tóxicos y más estables químicamente); y los polímeros (fácilmente processables a baja temperatura y también mes económicos).
El proyecto UncorrelaTEd será desarrollado por un consorcio, liderado por la UJI bajo la coordinación de Jorge García Cañadas, y su equipo (Lourdes Màrquez Garcia, Adrián Mota Babiloni y Braulio Beltrán Pitarch) del Departamento de Ingeniería de Sistemas Industriales y Diseño; la Fundación Instituto de Investigación de la Energía de Cataluña; el grupo de materiales de la universidad sueca Kungliga Tekniska Hoergskolan (KTH); la University of Warwick de Reino Unido que colaborará en las simulaciones; y dos empresas: Intenanomat, del Parque Tecnológico de la Universitat de València que ayudará en la parte relacionada con los polímeros; y la francesa Solvionic que trabaja con líquidos iónicos, unos electrólitos especiales.
Actualmente, las posibles aplicaciones alcanzan campos como los vehículos (aprovechando los gases de la combustión), el Internet de las Cosas, fábricas e industrias como la del acero (donde se podría reducir la pérdida energética entre un 10-20%), en los hogares, o aprovechando el calor del mismo cuerpo humano para obtener sensores autoalimentados.