Estos materiales permiten transformar el calor directamente en energía eléctrica, lo que es útil para dispositivos en el Internet de las Cosas.
- Nuevos materiales híbridos termoeléctricos.
- Mejoran conversión de calor en electricidad.
- Mayor eficiencia y menor coste.
- Más estables que el teluro de bismuto.
- Materiales: aleación de FeVTaAl + BiSb
- Aislantes térmicos, pero buenos conductores eléctricos.
- Más de 100 % de mejora en eficiencia.
Nuevos materiales híbridos como termoeléctricos eficientes
Un equipo internacional liderado por Fabian Garmroudi ha logrado desarrollar nuevos materiales híbridos con un rendimiento termoeléctrico notablemente alto, que superan barreras técnicas clave en esta tecnología. Estos materiales podrían reemplazar a los compuestos tradicionales, como el teluro de bismuto, gracias a su mayor estabilidad y menor coste de producción.
¿Qué son los materiales termoeléctricos?
Los materiales termoeléctricos permiten la conversión directa del calor en electricidad, sin partes móviles ni procesos intermedios. Esto los hace ideales para aplicaciones como sensores autónomos, dispositivos del Internet de las Cosas y sistemas de recuperación de calor residual.
El desafío principal ha sido encontrar materiales que conduzcan bien la electricidad pero mal el calor, ya que estos dos comportamientos suelen ir de la mano en los materiales convencionales.
Una estrategia innovadora: combinar lo opuesto
El equipo liderado por Garmroudi ha adoptado un enfoque nuevo: mezclar materiales con propiedades mecánicas muy distintas pero comportamiento electrónico similar. La clave está en combinar una aleación metálica de hierro, vanadio, tántalo y aluminio (Fe₂V₀,₉₅Ta₀,₁Al₀,₉₅) con bismuto-antimonio (Bi₀,₉Sb₀,₁), un compuesto conocido por sus propiedades electrónicas avanzadas.
Los dos materiales no se mezclan a nivel atómico, pero al someterlos a alta presión y temperatura, el BiSb se deposita entre los cristales del FeVTaAl, creando interfaces micrométricas que cambian completamente el comportamiento térmico y eléctrico del compuesto resultante.
Separar el transporte térmico del eléctrico
Esta combinación logra algo difícil: reducir la conducción de calor sin afectar la movilidad de los electrones. Las diferencias en la estructura de red impiden que las vibraciones térmicas (fonones) pasen de un cristal a otro, bloqueando la transferencia de calor. Sin embargo, los electrones siguen moviéndose con fluidez debido a las propiedades compartidas de los materiales en cuanto a estructura electrónica.
Además, el BiSb actúa como un aislante topológico, una clase de materiales cuánticos que permiten el flujo de electrones sin pérdidas en la superficie, mientras que bloquean la conducción en su interior. Este fenómeno es clave para aumentar la eficiencia eléctrica sin que se disipe en forma de calor.
Resultados prometedores
El resultado de esta investigación fue un incremento de más del 100 % en la eficiencia termoeléctrica del nuevo material híbrido, acercándose al rendimiento del teluro de bismuto, pero con mayor durabilidad y menor coste de producción. Esto lo convierte en un candidato viable para aplicaciones comerciales y energías renovables.
Potencial
El desarrollo de estos materiales tiene implicaciones enormes para la sostenibilidad:
- Recuperación de calor residual en procesos industriales, generando electricidad a partir de energía que normalmente se desperdicia.
- Alimentación autónoma de sensores y microdispositivos sin baterías, reduciendo residuos electrónicos.
- Sustitución de materiales escasos o contaminantes (como el telurio) por alternativas más abundantes y menos tóxicas.
- Posibilidad de integrar estos materiales en sistemas solares, motores térmicos o incluso en vehículos eléctricos para aprovechar el calor del motor.
Con tecnologías como esta, es posible avanzar hacia un sistema energético más eficiente, circular y ecológico, aprovechando cada watt posible y reduciendo el impacto ambiental de la generación eléctrica.
Vía New hybrid materials as efficient thermoelectrics | TU Wien
Más información: Garmroudi, F., Serhiienko, I., Parzer, M., Ghosh, S., Ziolkowski, P., Oppitz, G., … & Mori, T. (2025). Decoupled charge and heat transport in Fe2VAl composite thermoelectrics with topological-insulating grain boundary networks. Nature Communications, 16(1), 2976. https://doi.org/10.1038/s41467-025-57250-6
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