Un equipo internacional de científicos dirigido por un físico de la Universidad de Houston ha informado sobre un nuevo enfoque para construir módulos termoeléctricos. El novedoso método permite convertir la energía que producen en energía libre de emisiones.

Los módulos Peltier o módulos termoeléctricos son dispositivos de control térmico que tienen efectos tanto de calentamiento como de enfriamiento. Al pasar una corriente eléctrica a través de los módulos, es posible cambiar la temperatura de la superficie y mantenerla en un límite objetivo. Estos módulos son comunes en la generación de energía, ya que pueden usarse tanto para calefacción como para refrigeración, lo que los hace muy adecuados para aplicaciones de control de temperatura precisas.

En un artículo publicado en la revista Nature Energy , los investigadores de la Universidad de Houston dijeron que su invención utiliza nanopartículas de plata para conectar los electrodos de los módulos y las capas de metalización.

Se espera que el trabajo acelere el desarrollo de módulos avanzados para la generación de energía y otros usos.

En el artículo, el grupo explica que se probó la estabilidad del uso de nanopartículas de plata en módulos construidos con tres materiales termoeléctricos de última generación diferentes, diseñados para operar en una amplia gama de temperaturas.

“Los materiales termoeléctricos han suscitado un interés creciente debido a su potencial como fuente de energía limpia , que se produce cuando el material convierte el calor, como el calor residual generado por las centrales eléctricas u otros procesos industriales, en electricidad mediante la explotación del flujo de calor de una fuente más cálida. área a un área más fresca”, señala el comunicado. “Pero aprovechar esa capacidad requiere encontrar un material que pueda conectar los lados caliente y frío del material tanto eléctrica como térmicamente, sin interferir con el rendimiento del material”.

Según los científicos, el material conectivo, o soldadura, normalmente se derrite para crear una interfaz entre los dos lados. Eso significa que la soldadura debe tener un punto de fusión más alto que la temperatura de funcionamiento del dispositivo para permanecer estable mientras el dispositivo está funcionando. Si el material termoeléctrico opera a temperaturas más altas, la capa conectiva se volverá a fundir.

Encontrar el punto

Zhifeng Ren, director del Centro de Superconductividad de Texas en UH y autor correspondiente del artículo, también señaló que si el material conectivo tiene un punto de fusión demasiado alto, también puede causar problemas porque las altas temperaturas pueden afectar la estabilidad y el rendimiento del materiales termoeléctricos durante el proceso de conexión.

“Entonces, el material conectivo ideal tendría un punto de fusión relativamente bajo para ensamblar el módulo, para no desestabilizar los materiales termoeléctricos, pero luego sería capaz de soportar altas temperaturas de funcionamiento sin volver a fundirse”, dijo Ren.

La plata tiene propiedades valiosas para un material conectivo de este tipo, con alta conductividad térmica y alta conductividad eléctrica. Pero también tiene un punto de fusión relativamente alto, a 962 grados centígrados, lo que puede afectar la estabilidad de muchos materiales termoeléctricos.

Por lo tanto, para este trabajo, los investigadores aprovecharon el hecho de que las nanopartículas de plata tienen un punto de fusión mucho más bajo que la plata a granel. Las nanopartículas volvieron a su estado general después de ensamblar el módulo, recuperando el punto de fusión más alto para las operaciones.

“Si conviertes la plata en nanopartículas, el punto de fusión podría ser tan bajo como 400 o 500 grados C, dependiendo del tamaño de la partícula. Eso significa que puede usar el dispositivo a 600 C o 700 C sin problema, siempre que la temperatura de funcionamiento se mantenga por debajo del punto de fusión de la plata a granel, o 962 C”, dijo Ren.

Prueba de nanopartículas de plata

Los investigadores probaron las nanopartículas de plata con tres materiales termoeléctricos bien conocidos, cada uno de los cuales opera a una temperatura diferente.

Un módulo basado en telurio de plomo, que funciona a una temperatura baja de alrededor de 300 C a 550 C, produjo una eficiencia de conversión de calor a electricidad de alrededor del 11% y se mantuvo estable después de 50 ciclos térmicos.

También utilizaron las nanopartículas de plata como material de conexión en módulos que utilizan telururo de bismuto de baja temperatura y un material de alta temperatura medio Heusler, lo que indica que el concepto funcionaría para una variedad de materiales y propósitos termoeléctricos.

Se utilizan diferentes materiales según la fuente de calor prevista, dijo Ren, para garantizar que los materiales puedan soportar el calor aplicado.

“Pero este documento demuestra que, sea cual sea el material, podemos usar las mismas nanopartículas de plata para la soldadura, siempre que el calor aplicado no supere los 960 grados C, para permanecer por debajo del punto de fusión de la plata a granel”.

Fuente: Mining dot com