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Termoeléctricos más eficientes
Al mejorar las propiedades electrónicas de un material termoeléctrico común, un tipo de semiconductor que convierte el calor en electricidad, los investigadores han duplicado su rendimiento, haciéndolo más práctico para generar electricidad a partir del calor residual, como el que se produce en las centrales eléctricas y los motores de los automóviles.
Calor eléctrico: Una pequeña muestra de un nuevo material para convertir el calor en electricidad se conecta a los cables electrónicos y a un pequeño calentador para realizar pruebas.
Las termoeléctricas no se han utilizado mucho para generar electricidad porque son caras e ineficientes. Para aumentar la eficiencia, los investigadores, incluidos Joseph Heremans , profesor de ingeniería mecánica y física en la Universidad Estatal de Ohio, agregó trazas de talio al telururo de plomo, un material termoeléctrico que ha estado generando electricidad a bordo de sondas del espacio profundo durante décadas. El talio agregado duplicó la capacidad del material para convertir el calor en electricidad al aumentar el voltaje que produce. Heremans dice que la eficiencia mejorada podría traducirse en un aumento del 10 por ciento en la economía de combustible de los automóviles si los dispositivos se utilizan para reemplazar los alternadores en los automóviles al generar electricidad a partir del calor en el escape. Los nuevos materiales se describen en la edición de esta semana de la revista. Ciencias .
El nuevo trabajo es importante por varias razones, dice Gang Chen , profesor de ingeniería mecánica en el MIT que no participó en el trabajo. Primero, es un aumento bastante impresionante en la eficiencia de un tipo de material termoeléctrico, dice. Las termoeléctricas convencionales de telururo de plomo convierten aproximadamente el 6 por ciento de la energía en calor en electricidad. Una vez que se incorpora a un generador termoeléctrico, el material mejorado con talio más eficiente podría aumentar esto al 10 por ciento, una vez que se tengan en cuenta las pérdidas, como las de hacer conexiones eléctricas.
Más importante, dice Chen, el trabajo de Heremans brinda a los investigadores una nueva forma de mejorar los materiales termoeléctricos que podrían aumentar la eficiencia de una amplia variedad de materiales experimentales. Los materiales termoeléctricos son buenos conductores electrónicos pero malos conductores térmicos: la diferencia de calor dentro del material explica en gran medida las propiedades termoeléctricas. Casi todas las mejoras recientes a los materiales termoeléctricos, y ha habido mejoras significativas en los últimos años, han venido con una disminución en su conductividad térmica. Heremans y sus colegas han probado un enfoque diferente, aumentando el voltaje que crean los materiales. Es decir, dice Heremans, conseguimos que los electrones hagan más trabajo.
Las técnicas empleadas para cortar la conductividad térmica podrían utilizarse para complementar las nuevas técnicas desarrolladas por Heremans y sus colegas. Eso permitiría a los investigadores duplicar el rendimiento de los materiales una vez más, sugiere Heremans. Y eso, a su vez, comenzaría a hacer que los dispositivos termoeléctricos sean competitivos con los generadores convencionales, dice Jeffrey Snyder , un investigador de ciencia de materiales en Caltech y uno de los otros investigadores involucrados con el Ciencias papel.
Un inconveniente de los nuevos materiales es que el talio es extremadamente tóxico, por lo que requeriría medidas de seguridad durante la fabricación y eliminación. (Durante el uso, los materiales se encapsulan y, por lo tanto, representan un peligro menor). Sin embargo, Heremans dice que los dispositivos se podrían quitar de los autos viejos y colocarlos en otros nuevos, ya que podrían durar fácilmente la vida útil de varios vehículos, lo que reduce la eliminación de desechos. problemas.
Heremans es optimista de que los nuevos materiales se puedan comercializar rápidamente, ya que los ingenieros ya tienen años de experiencia trabajando con telururo de plomo. Dice que los primeros productos, probablemente generadores termoeléctricos que convierten los gases de escape de los automóviles en electricidad, podrían estar listos en tres o cuatro años.