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| Un nuevo dispositivo termoeléctrico flexible puede envolver tuberías y otras superficies calientes y convertir el calor desperdiciado en electricidad. Crédito: Penn State |
Investigadores de la Universidad Estatal de Pensilvania y del Laboratorio Nacional de Energías Renovables han desarrollado un nuevo generador termoeléctrico flexible que puede envolver tuberías y otras superficies calientes y convertir el calor desperdiciado en electricidad de forma más eficiente que antes.
"Una gran cantidad de calor de la energía que consumimos se desecha esencialmente, a menudo se dispersa directamente en la atmósfera", dijo Shashank Priya, vicepresidente asociado de investigación y profesor de ciencia e ingeniería de materiales en Penn State. "No hemos tenido formas rentables con formas conformadas para atrapar y convertir ese calor en energía utilizable. Esta investigación abre esa puerta".
Los investigadores han estado trabajando para mejorar el rendimiento de los generadores termoeléctricos, dispositivos que pueden convertir las diferencias de temperatura en electricidad. En su trabajo, el equipo ha desarrollado un nuevo proceso de fabricación para producir dispositivos flexibles que ofrecen una mayor potencia y eficiencia.
Los dispositivos termoeléctricos están formados por pequeñas parejas, cada una de ellas parecida a una mesa con dos patas. Muchas de estas parejas de dos patas están conectadas entre sí, formando normalmente un dispositivo plano y cuadrado. Los investigadores colocaron seis parejas a lo largo de una tira delgada. A continuación, utilizaron una lámina metálica flexible para conectar 12 de las tiras entre sí, creando un dispositivo con 72 parejas. Se utilizó metal líquido entre las capas de cada tira para mejorar el rendimiento del dispositivo.
Durante las pruebas realizadas en una chimenea de gas, el nuevo dispositivo mostró una densidad de potencia un 150% mayor que otras unidades de última generación. Una versión a escala, de poco más de 5 centímetros cuadrados, mantuvo una ventaja de densidad de potencia del 115%. Esa versión con patas de 72 pares de hH exhibió una potencia total de 56,6 vatios bajo una diferencia de temperatura de 570 °C.
Estos resultados proporcionan una vía prometedora hacia la utilización generalizada de la tecnología termoeléctrica en la aplicación de recuperación de calor residual. Esto podría tener un impacto significativo en el desarrollo de convertidores prácticos de calor a electricidad.
"A medida que se aumenta la escala de estos dispositivos, a menudo se pierde densidad de potencia, lo que dificulta la fabricación de generadores termoeléctricos a gran escala", dijo Bed Poudel, profesor de investigación asociado de Penn State. "Esto ilustra el extraordinario rendimiento de nuestro dispositivo de 72 pares".
Los huecos entre las tiras proporcionan la flexibilidad necesaria para ajustarse a formas como las de las tuberías y también permiten modificar el factor de llenado, lo que puede utilizarse para optimizar los dispositivos termoeléctricos para diferentes fuentes de calor.
Fuentes, créditos y referencias:
Wenjie Li et al, Conformal High-Power-Density Half-Heusler Thermoelectric Modules: A Pathway toward Practical Power Generators, ACS Applied Materials & Interfaces (2021). DOI: 10.1021/acsami.1c16117