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Descubra cómo un avance científico en materiales termoeléctricos de la Universidad de Ciencias de Tokio podría revolucionar la eficiencia energética e impulsar la energía limpia en todo el mundo.
La búsqueda de fuentes de energía limpias y sostenibles finalmente ha cobrado un impulso significativo con un descubrimiento pionero en el campo de la materiales termoeléctricos. En 13 de Noviembre del 2024, investigadores de Universidad de Ciencias de Tokio (TUS) anunció los resultados de un estudio publicado en la revista científica Energía PRX.
Desarrollaron un método eficiente para convertir el calor residual en electricidad utilizable, utilizando disilicida de tungsteno (WSi₂). Esta tecnología representa una nueva frontera para eficiencia energetica y abre caminos prometedores para diversas aplicaciones, como industrias y satélites espaciales. Sin duda, consolida el papel de los materiales termoeléctricos en la transición hacia las energías limpias.
Los materiales termoeléctricos tienen la capacidad de transformar el calor directamente en electricidad. Captan el calor desperdiciado de procesos industriales y motores de vehículos, convirtiéndolo en energía útil.
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Por tanto, esta capacidad es fundamental para optimizar el uso de los recursos energéticos y reducir las pérdidas, promoviendo un futuro más sostenible. Entre las aplicaciones prácticas destacamos la generación de energía portátil para sensores en satélites y dispositivos remotos, donde las fuentes de energía tradicionales simplemente no son viables.
Dispositivos termoeléctricos transversales: una alternativa más eficiente
Los dispositivos termoeléctricos tradicionales, conocidos como paralelos, Generar electricidad en la misma dirección que el flujo de calor.. Sin embargo, esta configuración requiere el uso de dos tipos de materiales –tipo p y tipo n– dispuestos en paralelo. Como consecuencia, esto crea una serie de puntos de contacto que aumentan la resistencia eléctrica. Inevitablemente, este factor provoca importantes pérdidas de energía, lo que limita la eficiencia del sistema.
Por otra parte, dispositivos termoeléctricos transversales genera electricidad perpendicular al flujo de calor. Este mecanismo reduce drásticamente el número de puntos de contacto y, en consecuencia, la resistencia eléctrica. Además, Esta innovación supone un punto de inflexión en el campo de los materiales termoeléctricos., ya que permite una conversión de energía más eficiente y confiable. El equipo en Universidad de Ciencias de Tokio, por ejemplo, inició sus investigaciones en 2022, centrándose en las propiedades únicas del disilicida de tungsteno. Este material, en particular, demuestra la “polaridad de conducción dependiente del eje” (ADCP), que permite la conducción de cargas positivas (tipo p) y negativas (tipo n) en diferentes direcciones dentro de un mismo material.
Aunque los dispositivos transversales tienen un gran potencial, el efecto termoeléctrico transversal (T) fue poco explorado hasta hace poco. Sin embargo, el estudio realizado por el equipo del profesor asociado Ryuuji Okazaki, de TUS, finalmente demostró la conversión termoeléctrica transversal en WSi₂. Este descubrimiento destacó propiedades prometedoras para aplicaciones futuras.
Disiliciuro de tungsteno: el material del futuro para la eficiencia energética
O disilicidio de tungsteno Es un semimetal con una peculiar estructura electrónica que facilita la conversión del calor en electricidad. Los estudios realizados por un equipo de investigadores japoneses demostraron que su Capacidad única para conducir electricidad en direcciones específicas. Se origina a partir de superficies de Fermi de dimensiones mixtas. Este análisis detallado comenzó en 2023, que implica mediciones de termopotencia, resistividad eléctrica y conductividad térmica del material. En términos simples, estas superficies representan regiones teóricas que definen el comportamiento de los portadores de carga dentro del material. En el caso del WSi₂, los electrones y los huecos (cargas positivas) operan en diferentes dimensiones, creando una conductividad dirigida que hace posible el TTE.
Este descubrimiento culminó con una serie de experimentos y simulaciones llevadas a cabo por investigadores entre 2023 y 2024. Analizaron el termopotencia, resistividad eléctrica y conductividad térmica. del material a lo largo de dos ejes cristalográficos distintos. El estudio reveló que el WSi₂ tiene una estructura única, capaz de generar electricidad de manera más eficiente y sostenible.
Además, los investigadores identificaron que las variaciones en la conducción eléctrica entre diferentes muestras de WSi₂ están relacionados con imperfecciones en la estructura cristalina del material. Sin duda, esta información es crucial para ajustar y optimizar el rendimiento del material en dispositivos termoeléctricos.
Impactos prácticos del avance de la Universidad de Ciencias de Tokio
La investigación liderada por Universidad de Ciencias de Tokio abrió un nuevo abanico de posibilidades para la adopción de tecnologías basadas en materiales termoeléctricos. De hecho, los dispositivos que utilizan el efecto termoeléctrico transversal pueden utilizarse en sensores avanzados capaces de medir la temperatura y el flujo de calor con alta precisión. Además, estos dispositivos tienen el potencial de revolucionar la eficiencia energética en los sectores industriales. Esto reduce los residuos y contribuye directamente a reducir las emisiones de carbono.
El descubrimiento de la WSi₂ como material prometedor para dispositivos TTE representa un importante paso adelante hacia un futuro más sostenible. Ciertamente, esto combinación de innovación científica y apuesta por las energías limpias allana el camino para el desarrollo de nuevos sensores, dispositivos portátiles y otras tecnologías que dependen de la generación de energía en entornos desafiantes.
Un futuro más sostenible
Los avances logrados por los investigadores japoneses demuestran claramente la importancia de los materiales termoeléctricos en la búsqueda de soluciones energéticas innovadoras. La capacidad del disiliciuro de tungsteno para convertir calor en electricidad de manera eficiente y sostenible refuerza su papel como material esencial para dispositivos termoeléctricos transversales.
Combinatorio ciencia de vanguardia e aplicación práctica, investigación sobre Universidad de Ciencias de Tokio Ofrece una nueva perspectiva para la conversión de energía. Además, contribuye significativamente a los esfuerzos globales para la transición a fuentes de energía limpias y renovables. Sin duda, esta tecnología tiene el potencial de transformar sectores industriales, ampliar el uso de sensores en ambientes extremos y, sobre todo, promover un futuro más sostenible.
Los detalles de este estudio se pueden encontrar aquí..
Increíble
Muy interesante e innovador. Felicitaciones al equipo de trabajo.