Un equipo internacional dirigido por investigadores de la Universidad de Houston ha informado de un rendimiento termoeléctrico récord de las fases Zintl basadas en bismuto raramente estudiadas, trabajo que podría conducir a una nueva clase de material termoeléctrico.
El nuevo material no es tóxico y puede usarse a temperaturas entre 500 y 600 grados Celsius, o alrededor de 1,000 grados Farenheit. La investigación se describe en un artículo publicado esta semana en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
Los materiales termoeléctricos producen electricidad al explotar el flujo de corriente térmica desde un área más cálida a un área más fría y actualmente se utilizan en aplicaciones submarinas y aeroespaciales. Sin embargo, la adopción generalizada de esta forma de energía limpia se ha visto obstaculizadaeficiencia de los materiales disponibles; es decir, convierten el calor en electricidad a una tasa relativamente baja, que está determinada por la figura de mérito, o ZT.
Los compuestos de Zintl, una clase de materiales que llevan el nombre del químico alemán Eduard Zintl, quien desarrolló la idea de un compuesto metálico / no metálico, se consideran candidatos potenciales para materiales termoeléctricos.
Pero los compuestos de Zintl a base de bismuto no se han estudiado ampliamente, dijo Zhifeng Ren, MD Anderson, profesor de física de la Universidad de Houston y autor principal del artículo. Los materiales de Zintl en general a menudo se pasan por alto como posibles materiales termoeléctricos porquepor lo general, no convierten eficientemente el calor en electricidad, dijo Ren.
Los investigadores informaron que el nuevo material, descrito por la fórmula Eu0.5Yb0.5 1-xCaxMg2Bi2, tenía una cifra de mérito de 1.3 a 873 Kelvin 600 grados Celsius, mayor que el registrado para el antimonio.compuestos a base de Zintl.
Eso se traduce en una eficiencia de aproximadamente el 10 por ciento, dijo Ren, quien también es investigador principal en el Centro de Superconductividad de Texas en UH. La máxima eficiencia para los materiales termoeléctricos individuales actuales es de aproximadamente el 12 por ciento.
"Esta nueva fase Zintl basada en Bi con altas propiedades termoeléctricas podría ser un buen candidato para material termoeléctrico en el futuro", escribieron los investigadores.
En el documento, describen el uso de ingeniería de banda y fluctuación de campo de deformación múltiple para mejorar la figura de mérito para el material. "Este valor ZT es el más alto jamás reportado en una estructura basada en CaAl2Si2, especialmente en comparación con el más popularLos compuestos de Zintl basados en Sb ", escribieron." Confirmamos que el trastorno químico no tiene efecto en la banda de valencia, pero sí afecta la banda de conducción, lo que resulta en buenas propiedades de TE tipo p ".
Además de Ren, los autores del artículo incluyen Ching-Wu "Paul" Chu, científico jefe del Centro de Superconductividad de Texas en UH; Jiming Bao, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática en UH; Zhuan Zhu y Jing Shuai,estudiantes graduados en UH; Zihang Liu, Huiyuan Geng y Jiehe Sui del Instituto de Tecnología de Harbin en China; Chao Wang de la Universidad de Ciencia y Tecnología Eléctrica en China, y Yucheng Lan de la Universidad Estatal de Morgan.
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Materiales proporcionado por Universidad de Houston . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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