La promesa de los materiales termoeléctricos como fuente de energía limpia ha impulsado la búsqueda de materiales que puedan producir de manera eficiente cantidades sustanciales de energía a partir del calor residual.
Los investigadores informaron un gran paso adelante el viernes, publicando en avances científicos el descubrimiento de una nueva explicación para el rendimiento termoeléctrico asimétrico, el fenómeno que ocurre cuando un material que es altamente eficiente en una forma que lleva una carga positiva es mucho menos eficiente en la forma que lleva una carga negativa, o viceversa.
Zhifeng Ren, Catedrático de Física del MD Anderson en la Universidad de Houston, director del Centro de Superconductividad de Texas en UH y autor correspondiente del artículo, dijo que han desarrollado un modelo para explicar la disparidad en el desempeño entre los dos que no se había abordado anteriormente.tipos de formulaciones. Luego aplicaron el modelo para predecir nuevos materiales prometedores para generar energía utilizando el calor residual de las plantas de energía y otras fuentes.
Los investigadores ya sabían que la eficiencia termoeléctrica depende del rendimiento del material en ambas formas, conocidas como "tipo p" y "tipo n" para llevar una carga positiva y negativa, respectivamente. Pero la mayoría de los materiales no existenen ambas formulaciones o un tipo es más eficiente que el otro.
Nuevo material prometedor sintetizado
Es posible construir dispositivos termoeléctricos efectivos usando solo un compuesto tipo p o tipo n, pero es más fácil diseñar un dispositivo que contenga ambos tipos; Ren dijo que el mejor rendimiento vendría cuando ambos tipos exhiben propiedades similares.
Los investigadores sintetizaron uno de los materiales predichos, un compuesto de circonio-cobalto-bismuto, y reportaron una eficiencia de conversión de calor a electricidad medida de 10.6% en el lado frío, aproximadamente 303 Kelvin, o aproximadamente 86 grados Fahrenheit, yel lado caliente, aproximadamente 983 Kelvin 1310 Fahrenheit tanto para el tipo p como para el tipo n.
Jun Mao, investigador postdoctoral en la UH y primer autor del informe, dijo que determinaron que el desempeño asimétrico de algunos materiales está relacionado con el hecho de que la carga se mueve a ritmos diferentes en los dos tipos de formulación ".el movimiento de carga tanto de la carga positiva, para el tipo p, como de la carga negativa, para el tipo n, es similar, el rendimiento termoeléctrico de ambos tipos es similar ", dijo.
Sabiendo eso, pudieron usar el índice de movilidad para predecir el rendimiento de formulaciones no estudiadas previamente.
"Cuando se ha estudiado experimentalmente el rendimiento termoeléctrico de un tipo de material, mientras que el otro tipo aún no se ha investigado, es posible predecir la ZT utilizando la relación identificada entre la asimetría y la relación de movilidad ponderada",escribieron los investigadores. ZT, o la figura del mérito, es una métrica que se utiliza para determinar la eficiencia con la que un material termoeléctrico convierte el calor en electricidad.
El nuevo modelo predice materiales altamente eficientes
Hangtian Zhu, investigador postdoctoral en la UH y el otro primer autor del informe, dijo que el siguiente paso es determinar cómo formular el tipo de material correspondiente, una vez un material con una alta eficiencia en tipo p o tipo nes encontrado.
Eso puede requerir experimentación para determinar el mejor dopante: los investigadores modifican el rendimiento agregando una pequeña cantidad de un elemento adicional al compuesto, conocido como "dopaje", para mejorar el rendimiento, dijo Zhu.
Ahí es donde entra la nueva comprensión del rendimiento asimétrico. Zhu dijo que al predecir qué compuestos tendrán un alto rendimiento en ambos tipos, se alienta a los investigadores a continuar buscando la mejor combinación, incluso si los primeros esfuerzos no tuvieron éxito.
Otros investigadores involucrados en el proyecto son: Qing Zhu y Zihang Liu, ambos de UH; Yumei Wang del Laboratorio Nacional de Física de la Materia Condensada de Beijing; y Zhenzhen Feng, Jifeng Sun y David J. Singh de la Universidad de Missouri.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Houston . Original escrito por Jeannie Kever. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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