¿Su volante ha estado demasiado caliente para tocarlo este verano? Un nuevo material termoeléctrico reportado en el diario ciencia podría ofrecer alivio
La adopción generalizada de dispositivos termoeléctricos que pueden convertir directamente la electricidad en energía térmica para enfriamiento y calefacción se ha visto obstaculizada, en parte, por la falta de materiales que sean económicos y altamente eficientes a temperatura ambiente.
Ahora los investigadores de la Universidad de Houston y el Instituto de Tecnología de Massachusetts han informado sobre el descubrimiento de un nuevo material que funciona de manera eficiente a temperatura ambiente y que casi no requiere teluro costoso, un componente importante del material de vanguardia actual.
El trabajo, descrito en un artículo publicado en línea por ciencia El jueves 18 de julio tiene posibles aplicaciones para evitar el sobrecalentamiento de dispositivos electrónicos, vehículos y otros componentes, dijo Zhifeng Ren, autor correspondiente del trabajo y director del Centro de Superconductividad de Texas en UH, donde también es MD Anderson Profesor deFísica.
"Hemos producido un nuevo material, que es económico pero aún funciona casi tan bien como el material tradicional y más costoso", dijo Ren. Los investigadores dicen que el trabajo futuro podría cerrar la ligera brecha de rendimiento entre su nuevo material y el material tradicional, una aleación a base de teluro de bismuto.
Los materiales termoeléctricos funcionan explotando el flujo de corriente de calor desde un área más cálida a un área más fría, y los módulos de enfriamiento termoeléctrico funcionan de acuerdo con el efecto Peltier, que describe la transferencia de calor entre dos uniones eléctricas.
Los materiales termoeléctricos también se pueden usar para convertir el calor residual de plantas de energía, tubos de escape de automóviles y otras fuentes en electricidad, y se han informado varios materiales nuevos para esa aplicación, que requiere que los materiales funcionen a temperaturas mucho más altas.
Los módulos de enfriamiento termoeléctrico han planteado un gran desafío porque tienen que trabajar a temperaturas más frías, donde la figura de mérito termoeléctrico, o ZT, es baja porque depende de la temperatura. La figura de mérito es una métrica utilizadapara determinar qué tan eficientemente funciona un material termoeléctrico.
A pesar del desafío, los módulos de enfriamiento termoeléctrico también, al menos por ahora, ofrecen un mayor potencial comercial, en parte porque pueden funcionar durante un largo período de vida a temperaturas más frías; la generación de energía termoeléctrica se complica por problemas relacionados con las altas temperaturas a las queopera, incluida la oxidación y la inestabilidad térmica.
El mercado para el enfriamiento termoeléctrico está creciendo. "El mercado global de módulos termoeléctricos valía ~ 0.6 billones de dólares en 2018 y se anticipa que alcanzará ~ 1.7 billones de dólares en 2027", escribieron los investigadores.
Las aleaciones de teluro de bismuto se han considerado el material de mejor rendimiento para el enfriamiento térmico durante décadas, pero los investigadores dijeron que el alto costo del teluro ha tenido un uso generalizado limitado. Jun Mao, investigador postdoctoral en la UH y primer autor del artículo, dijo que el costo ha bajado recientemente, pero sigue siendo de aproximadamente $ 50 / kilogramo. Eso se compara con aproximadamente $ 6 / kilogramo de magnesio, un componente primario del nuevo material.
Además de Ren y Mao, los autores adicionales del artículo incluyen Hangtian Zhu, Zihang Liu y Geethal Amila Gamage, todos del Departamento de Física de UH y TcSUH, y Zhiwei Ding y Gang Chen del Departamento de Ingeniería Mecánica de MassachusettsInstituto de Tecnologia.
Informaron que el nuevo material, compuesto de magnesio y bismuto y creado en una forma con una carga negativa, conocida como tipo n, era casi tan eficiente como el material tradicional de bismuto-telurio. Eso, combinado con el menor costo,deberían expandir el uso de módulos termoeléctricos para enfriar, dijeron.
Para producir un módulo termoeléctrico usando el nuevo material, los investigadores lo combinaron con una versión de carga positiva, o tipo p, de la aleación tradicional de bismuto-telurio. Mao dijo que eso les permitió usar la mitad de telurio que la mayoríamódulos actuales.
Debido a que el costo de los materiales representa aproximadamente un tercio del costo del dispositivo, los ahorros se suman, dijo.
El nuevo material también mantiene con mayor éxito el contacto eléctrico que la mayoría de los materiales nanoestructurados, informaron los investigadores.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Houston . Original escrito por Jeannie Kever. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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