Módulos termoeléctricos sin telurio para la generación de energía con baja temperatura

La sustitución del escaso elemento telurio hace que los dispositivos sean más baratos sin perder las prestaciones

Tecnología termoeléctrica

Más del 60% de la energía generada por la quema de combustibles fósiles se disipa en forma de calor residual, del que más de la mitad es calor de baja calidad con temperaturas inferiores a 300ºC. El aprovechamiento eficaz de este calor de baja calidad para generar electricidad es vital para aliviar la carga del suministro energético y reducir la emisión de gases de efecto invernadero. La tecnología termoeléctrica destaca por su naturaleza de estado sólido, que garantiza una vida útil ultralarga y resulta especialmente atractiva para la conversión de calor en electricidad. La mayor aplicabilidad de la tecnología termoeléctrica depende de la disponibilidad de materiales y módulos de alto rendimiento que funcionen eficazmente por debajo de los 300°C.

a. Pesaje de elementos y aleación mecánica para preparar polvo de los compuestos TE de tipo ny p. b Sinterización por plasma de chispa en un solo paso de materiales y capas de contacto para preparar las patas TE. c. Montaje del módulo TE sin Te, incluido el pulido, corte, carga, posicionamiento y soldadura fuerte de las patas TE a las placas cerámicas de AlN precircuitadas.

Durante más de 50 años, los módulos termoeléctricos comerciales han dependido de los compuestos basados en el bismuto-telururo debido a sus inigualables propiedades termoeléctricas a temperaturas asociadas con el calor de bajo grado. Sin embargo, la aplicabilidad más amplia de los módulos de bismuto-telururo está muy limitada por la escasez de telurio, con una concentración de <0,001 ppm en la corteza terrestre y una producción anual de menos de 500 toneladas métricas. Por lo tanto, es imperativo desarrollar módulos termoeléctricos a partir de otros materiales más abundantes, manteniendo un alto rendimiento en el rango de bajas temperaturas (<300°C).

Nuevo desarrollo de generadores termoeléctricos

Investigadores del Instituto Leibniz de Investigación del Estado Sólido y de los Materiales de Dresde, en colaboración con el profesor Zhifeng Ren del Centro de Superconductividad de Texas (TcSUH) de la Universidad de Houston, han desarrollado por primera vez un generador termoeléctrico sin telurio altamente eficiente basado en compuestos de magnesio-antimonio, utilizando una rutina de procesamiento sencilla, versátil y, por tanto, escalable. Estos nuevos generadores termoeléctricos alcanzan una eficiencia del 7,0% a una diferencia de temperatura de 250°C y, por tanto, superan incluso la eficiencia de los generadores termoeléctricos comerciales basados en teluro de bismuto (~5,2%). Este trabajo supone una alternativa viable y sostenible a los módulos termoeléctricos basados en telururo de bismuto e impulsará una aplicación más amplia de la tecnología termoeléctrica en la conversión de calor de bajo grado en electricidad y en refrigeradores termoeléctricos.

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