Un dispositivo termoeléctrico es un dispositivo de conversión de energía que usa el voltaje generado por la diferencia de temperatura entre ambos extremos de un material; es capaz de convertir la energía térmica, como el calor residual de los emplazamientos industriales, en electricidad que puede usarse en la vida diaria.
Los dispositivos termoeléctricos existentes son rígidos porque están compuestos por electrodos y semiconductores basados en metales duros, lo que impide la plena absorción de las fuentes de calor de las superficies irregulares.
Los investigadores han realizado estudios recientes sobre el desarrollo de dispositivos termoeléctricos flexibles capaces de generar energía en estrecho contacto con fuentes de calor como la piel humana y las tuberías de agua caliente.
El Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea (KIST) anunció que un equipo de investigación dirigido por el Dr. Seungjun Chung del Centro de Investigación de Materiales Híbridos Suaves y el Profesor Yongtaek Hong del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Computacional de la Universidad Nacional de Seúl (SNU, Presidente OH Se-Jung) desarrolló dispositivos termoeléctricos flexibles con un alto rendimiento de generación de energía al maximizar la flexibilidad y la eficiencia de la transferencia de calor.
El equipo de investigación también presentó un plan de producción a gran escala a través de un proceso automatizado que incluía un proceso de impresión.
La eficiencia de transferencia de energía térmica de los sustratos existentes usados para la investigación de dispositivos termoeléctricos flexibles es baja debido a su muy baja conductividad térmica.
Su eficiencia de absorción de calor también es baja debido a la falta de flexibilidad, formando una capa de escudo térmico, por ejemplo, el aire, al entrar en contacto con una fuente de calor.
Para resolver este problema, se han desarrollado dispositivos termoeléctricos de material orgánico con gran flexibilidad, pero su aplicación en los artículos de vestir no es fácil debido a su rendimiento significativamente menor en comparación con los dispositivos termoeléctricos rígidos de material inorgánico existentes.
El equipo de investigación mejoró la flexibilidad al tiempo que disminuyó la resistencia del dispositivo termoeléctrico, conectando un dispositivo termoeléctrico de alto rendimiento basado en material inorgánico a un sustrato elástico compuesto de nanocables de plata.
El dispositivo termoeléctrico desarrollado mostró una excelente flexibilidad, permitiendo así un funcionamiento estable incluso cuando se dobla o estira.
Además, se insertaron partículas metálicas de alta conductividad térmica en el interior del sustrato estirable para aumentar la capacidad de transferencia de calor en un 800% (1,4 W/mK) y la generación de energía en un factor superior a tres. (Cuando la diferencia de temperatura era de 40 K o más entre ambos extremos del dispositivo termoeléctrico desarrollado, se generaron 7 mW/cm2 de electricidad. Cuando se fijó a la piel humana, 7 μW/cm2 de electricidad se generó sólo a partir de la temperatura corporal).
El dispositivo desarrollado puede usarse como un sensor de alta temperatura en emplazamientos industriales o como un sensor de detección de distancia sin baterías para la conducción autónoma usando la diferencia de temperatura dentro y fuera de un automóvil.
Se espera que el dispositivo pueda resolver el problema de la fuente de energía para un sistema de sensores basado en baterías, que tiene un riesgo de explosión en entornos de alta temperatura.
Más información: www.nature.com
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