Feu un cop d'ull al voltant vostre i comproveu quantes fonts de calor podeu trobar-hi. Probablement assenyalareu en primer lloc el Sol, que irradia calor durant moltes hores del dia. També les llums dels edificis, que s'escalfen quan estan en funcionament, així com els ordinadors i els telèfons mòbils. I què em dieu dels vostres propis cossos? Es troben a uns 36 °C, uns graus més que la temperatura ambient. Hi ha molts altres exemples, com ara els fluids calents que hi ha en les canonades, els gasos d’escapament dels cotxes o els forns industrials, ja que la calor és omnipresent.

En general, es considera que més del 60 % de l'energia mundial es perd en forma de calor residual, la qual cosa representa una enorme quantitat d'energia.

Una recuperació del 10 % d'aquesta calor residual suposaria una quantitat superior a la producció conjunta de les fonts d'energia renovables actuals, com la solar, l'eòlica, la geotèrmica i la hidràulica. Així doncs, les tecnologies que són capaces de convertir la calor en electricitat poden contribuir enormement a resoldre l'actual crisi energètica.

Els materials termoelèctrics converteixen directament la calor en electricitat

Una de les tecnologies disponibles són els dispositius termoelèctrics, que poden convertir directament la calor en electricitat amb un funcionament segur, net i respectuós amb el medi ambient.

Quan un material termoelèctric experimenta un canvi de temperatura, es crea una tensió elèctrica que pot convertir-se en electricitat.

El voltatge que es pot obtenir per cada grau de diferència de temperatura es denomina coeficient de Seebeck, que convé que siga el més alt possible.

A part d'aquest paràmetre, és important que un material termoelèctric presente una conductivitat elèctrica alta i una conducció tèrmica baixa. Aquestes tres propietats estan estretament interrelacionades, la qual cosa en dificulta l’optimització i constitueix actualment un dels principals obstacles per aconseguir materials termoelèctrics eficients.

Projecte UncorrelaTEd: millora de l'eficiència dels dispositius termoelèctrics

El projecte UncorrelaTEd, coordinat pel Dr. Jorge García Cañadas, de la Universitat Jaume I, tracta de trobar una solució a aquest problema, centrant-se específicament en la correlació adversa entre el coeficient de Seebeck i la conductivitat elèctrica (un disminueix quan l'altre augmenta).

Per aconseguir aquest objectiu, s'està desenvolupant un nou dispositiu híbrid sòlid-líquid. En aquest sistema, un material termoelèctric porós (el sòlid) és permeat per un electròlit líquid (una sal dissolta en un dissolvent), que està dissenyat per interactuar tàcticament amb el sòlid i augmentar simultàniament el coeficient de Seebeck i la conductivitat elèctrica.

El projecte es va basar en els resultats inicials satisfactoris que va donar aquest sistema sòlid-líquid, i que es van aconseguir en un material sòlid de rendiment modest. Per aquesta raó, malgrat les millores significatives, no es van aconseguir eficiències globals molt elevades.

El projecte UncorrelaTEd pretén estendre aquestes millores als aliatges de tel·lurur de bismut, que són els millors materials termoelèctrics a temperatura ambient. A més d'aquests aliatges, el projecte també estudiarà altres dues famílies de materials, òxids i polímers, ja que s'espera que el plantejament del projecte puga tenir una aplicació àmplia.

Encara que el seu rendiment no siga tan alt com el del tel·lurur de bismut, ofereixen diferents avantatges: tenen una estabilitat química major, presenten uns costos menors i són més abundants, menys tòxics i flexibles, i més fàcils de processar.

En el projecte, format per sis socis, tres institucions treballen en el desenvolupament de les tres famílies diferents de materials (el KTH a Suècia, l’IREC a Espanya i Specific Polymers a França). S'enfronten al repte de preparar pel·lícules poroses de diferents materials amb un bon rendiment inicial, que s'espera potenciar amb la presència d'electròlits. La Universitat Jaume I s'encarrega de la integració de les pel·lícules sòlides amb els electròlits i de la seua optimització, amb la finalitat de proporcionar les majors eficiències possibles. Solvionic, de França, contribueix al projecte aportant líquids iònics, que es provaran com a electròlits.

Actualment, el projecte se centra en la investigació exhaustiva dels aliatges de tel·lurur de bismut i dels polímers. Els òxids seran els següents.

La tecnologia del projecte podria aplicar-se a diversos sectors

S'espera que els resultats de UncorrelaTEd puguen aplicar-se en molts sectors. Per exemple, el desenvolupament de la Internet de les Coses (IoT, per les sigles en anglès), que donarà lloc a un nou concepte de societat (Societat 5.0) amb beneficis sense precedents, està actualment molt limitat per l'ús de bateries.

La tecnologia UncorrelaTEd podria donar lloc a sensors autoalimentats (utilitzant, per exemple, la calor corporal i els gasos d’escapament industrials), i això permetria prescindir de bateries i evitar els costos de manteniment associats i l’impacte mediambiental nociu que tenen.

El tèxtil és un altre sector en el qual els materials termoelèctrics poden integrar-se en dispositius electrònics, com ara els implantables i els sistemes sense cables de monitoratge de la salut.

Article publicat per l'investigador principal, Jorge García Cañadas, en Innovation News Network (Juliol 2023).