Investigadores de la Universidad japonesa de Hokkaido han sintetizado un convertidor termoeléctrico de óxido de bario y cobalto destinado a transformar el calor residual en energía sin tener que utilizar tierras raras.
En un artículo publicado en la revista ACS Applied Materials & Interfaces, los científicos afirman que su nuevo convertidor estable es reproduciblemente y eficiente a temperaturas extremadamente altas.
El artículo explica que la conversión termoeléctrica se basa en el efecto Seebeck: cuando hay una diferencia de temperatura en un material conductor, se genera una corriente eléctrica. Sin embargo, la conversión de eficiencia de la termoeléctrica depende de una cifra llamada cifra de mérito termoeléctrico ZT. Históricamente, los convertidores basados en óxidos tienen un ZT bajo, pero investigaciones recientes han revelado muchos candidatos con un ZT alto, pero su estabilidad a altas temperaturas no estaba bien documentada. Ambos factores han hecho que estos convertidores tengan un uso limitado.
Sin embargo, los investigadores de Hokkaido señalan que una de las alternativas son los materiales termoeléctricos basados en óxidos, pero el principal inconveniente que presenta es la falta de pruebas de su estabilidad a altas temperaturas.
Aquí es donde entra en juego el investigador principal, Hiromichi Ohta, y su equipo. Tras haber trabajado en películas de óxido de cobalto durante más de dos décadas, intentaron examinar la estabilidad térmica y química de estas películas, así como medir sus valores ZT a altas temperaturas. Probaron películas de óxido de cobalto con capas de sodio, calcio, estroncio o bario, analizando su estructura, resistividad y conductividad térmica.
Descubrieron que, de las cuatro variantes, la película estratificada de óxido de cobalto con bario conservaba su estabilidad en términos de integridad estructural y resistividad eléctrica a temperaturas de hasta 600° C. En comparación, las películas de óxido de cobalto de sodio y de calcio sólo eran estables hasta los 350°C, y la película de óxido de cobalto de estroncio era estable hasta los 450°C. El ZT de la película de óxido de cobalto y bario aumentó con la temperatura, alcanzando ~0,10 a 600°C, comparable a algunos convertidores termoeléctricos disponibles en el mercado.
“Nuestro estudio ha demostrado que las películas de óxido de bario y cobalto serían excelentes candidatos para los dispositivos de conversión termoeléctrica de alta temperatura”, dijo Ohta en un comunicado de prensa.
