El equipo de QUT desarrolla película rentable, ultradelgada y flexible que convierte la diferencia de temperatura entre cuerpo humano y aire circundante en electricidad, eliminando necesidad de baterías.

Avances en dispositivos portátiles.

• Película ultrafina: Usa calor corporal para generar electricidad.
• Sin baterías: Energía sostenible para dispositivos.
• Refrigeración de chips: Mejora rendimiento en móviles y computadoras.

Fabricación eficiente.

• Material: Telururo de bismuto (alta conversión de calor).
• Técnicas: Nanocristales, impresión en pantalla, sinterización.
• Escalable y económico: Producción de películas flexibles tamaño A4.

Aplicaciones clave.

• Monitores portátiles (ritmo cardíaco, temperatura).
• Sistemas de calefacción y ventilación personal.

Sostenibilidad.

• Alternativa: Seleniuro de plata (más ecológico).
• Menos baterías = menos residuos electrónicos.

Avances en dispositivos portátiles impulsados por el calor corporal

Un equipo de investigación liderado por la Universidad Tecnológica de Queensland (QUT) ha desarrollado una película ultrafina y flexible que podría revolucionar los dispositivos portátiles de próxima generación, al utilizar el calor corporal como fuente de energía.

Esta innovación promete eliminar la necesidad de baterías y abre un abanico de aplicaciones sostenibles tanto en la electrónica portátil como en la optimización de dispositivos electrónicos como teléfonos móviles y computadoras.

El profesor Zhi-Gang Chen, autor principal del estudio publicado en la prestigiosa revista Science, destacó que el avance supera desafíos clave en la creación de dispositivos termoeléctricos flexibles capaces de convertir el calor corporal en electricidad.

Este enfoque no solo proporciona una fuente de energía sostenible para la electrónica portátil, sino que también funciona como un método eficiente de enfriamiento para componentes electrónicos.

Tecnología innovadora y aplicaciones potenciales

Los dispositivos termoeléctricos flexibles, creados con esta tecnología, pueden usarse cómodamente sobre la piel, aprovechando la diferencia de temperatura entre el cuerpo humano y el aire circundante para generar electricidad.

Esto abre puertas a aplicaciones como la gestión térmica personal, donde el calor corporal podría alimentar sistemas portátiles de calefacción, ventilación y aire acondicionado.

Además, los investigadores señalan que estas películas ultrafinas tienen potencial para refrigerar chips electrónicos en espacios reducidos, como el interior de teléfonos móviles o computadoras, mejorando así el rendimiento y la eficiencia energética.

Sin embargo, el desarrollo de estos dispositivos ha enfrentado desafíos significativos como la flexibilidad limitada, procesos de fabricación complejos, costos elevados y un rendimiento insuficiente para su comercialización a gran escala.

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¿Cómo funciona un dispositivo termoeléctrico flexible?

Un dispositivo termoeléctrico flexible funciona aprovechando el efecto Seebeck, un fenómeno físico en el que una diferencia de temperatura entre dos materiales genera una corriente eléctrica. Estos dispositivos están diseñados con materiales termoeléctricos avanzados que permiten convertir el calor corporal (o cualquier otra fuente de calor) en electricidad de manera eficiente.

Principios de funcionamiento:

1. Generación de electricidad a partir del calor:
   Cuando una persona lleva un dispositivo termoeléctrico flexible sobre la piel, el calor corporal (alrededor de 37°C) se transmite al dispositivo. Si la temperatura del entorno es más baja, se genera una diferencia de temperatura entre el cuerpo humano y el aire circundante.
2. Conversión del calor en energía eléctrica:
   El dispositivo contiene materiales termoeléctricos (como el telururo de bismuto) que son capaces de generar una corriente eléctrica al atravesarlos una diferencia de temperatura. Este fenómeno es clave en la conversión directa del calor en electricidad.
3. Diseño flexible:
   • Los dispositivos termoeléctricos flexibles están compuestos por nanocristales organizados en capas finas y flexibles.
   • Estas capas se fabrican con métodos como la impresión en pantalla y sinterización, lo que permite que el dispositivo sea delgado, ligero y adaptable a superficies curvas, como la piel humana.
   • La flexibilidad y resistencia mecánica garantizan que se puedan usar cómodamente durante largos períodos, sin pérdida de eficiencia.
4. Almacenamiento y uso de la energía:
   La electricidad generada puede alimentar dispositivos electrónicos de bajo consumo, como:
   • Monitores de frecuencia cardíaca, temperatura o movimiento.
   • Sensores portátiles de salud.
   • Dispositivos de gestión térmica personal (calefacción o refrigeración).

Resumiendo el proceso:

1. El cuerpo humano aporta calor.
2. La diferencia de temperatura con el ambiente genera una corriente eléctrica en los materiales termoeléctricos.
3. Esta electricidad puede alimentar dispositivos o almacenarse en baterías pequeñas.

Gracias a su diseño ultrafino y ligero, estos dispositivos son ideales para aplicaciones portátiles y sostenibles, permitiendo convertir el calor corporal en energía limpia y renovable.

Cuanta energía genera el calor corporal

Ventajas de la tecnología termoeléctrica flexible

• Energía sostenible: Genera electricidad usando calor corporal, reduciendo la dependencia de baterías.
• Amigable con el medio ambiente: Menos residuos electrónicos y menor impacto ambiental.
• Aplicación versátil: Útil en dispositivos portátiles, monitores biomédicos y refrigeración de chips.
• Compacto y flexible: Se adapta cómodamente a la piel y espacios pequeños.
• Escalable y económico: Producción a gran escala con materiales como telururo de bismuto.
• Bajo mantenimiento: No requiere recarga constante como las baterías tradicionales.

Desventajas de la tecnología termoeléctrica flexible

• Rendimiento limitado: Genera cantidades pequeñas de electricidad, aptas solo para dispositivos de bajo consumo.
• Dependencia de la temperatura: Requiere una diferencia de temperatura constante para funcionar eficientemente.
• Costos iniciales: Aunque escalable, su desarrollo inicial puede ser costoso.
• Durabilidad: Posible desgaste al estar en contacto constante con la piel y el entorno.
• Materiales específicos: Necesita compuestos como el telururo de bismuto, que pueden ser costosos o menos abundantes.

Materiales avanzados y nuevos métodos de fabricación

El estudio se centró en el uso de materiales basados en telururo de bismuto, conocido por su excelente capacidad para convertir el calor en electricidad, lo que lo hace ideal para aplicaciones de bajo consumo, como monitores de frecuencia cardíaca, temperatura o movimiento.

El equipo introdujo una tecnología rentable para fabricar películas termoeléctricas flexibles utilizando nanocristales, denominados “nanoligantes”, que forman una capa uniforme de láminas de telururo de bismuto. Esto no solo mejora la eficiencia y flexibilidad del material, sino que también permite escalar su producción a bajo costo.

Los investigadores lograron crear una película de tamaño A4, utilizando una combinación de síntesis solvotérmica, que forma nanocristales bajo alta presión y temperatura, con métodos de impresión en pantalla y sinterización.

La impresión en pantalla facilita la producción a gran escala, mientras que la sinterización calienta las películas casi hasta su punto de fusión para unir las partículas.

Hacia materiales más sostenibles

El primer autor del estudio, el Sr. Wenyi Chen, subrayó que la técnica desarrollada podría aplicarse a otros sistemas, como los termoeléctricos basados en seleniuro de plata, que son potencialmente más baratos y sostenibles que los materiales tradicionales.

Esto demuestra las amplias posibilidades que ofrece este enfoque para avanzar en la tecnología termoeléctrica flexible.

Impacto ambiental y futuro sostenible

Esta innovación tiene implicaciones significativas para la sostenibilidad y la transición hacia una economía más ecológica. Al aprovechar el calor corporal como fuente de energía, se reducen las necesidades de baterías desechables, lo que disminuye los residuos electrónicos y contribuye a una menor huella ambiental.

El desarrollo de dispositivos portátiles impulsados por fuentes de energía renovable no solo mejora la experiencia del usuario, sino que también marca un avance crucial en el camino hacia tecnologías más limpias y eficientes.

El equipo de QUT y sus colaboradores internacionales continúan investigando para perfeccionar esta tecnología y explorar nuevas aplicaciones que beneficien tanto a los consumidores como al medio ambiente.

Vía www.qut.edu.au