Los sistemas de energía que alimentan nuestras vidas también producen calor desperdiciado, como el calor que irradian las tuberías de agua caliente de los edificios y los tubos de escape de los vehículos. Un nuevo generador termoeléctrico flexible puede envolver tuberías y otras superficies calientes y convertir el calor desperdiciado en electricidad de manera más eficiente que antes, según científicos de Penn State y el Laboratorio Nacional de Energía Renovable.
«Una gran cantidad de calor de la energía que consumimos se desecha, a menudo se dispersa directamente en la atmósfera», dijo Shashank Priya, vicepresidente asociado de investigación y profesor de ciencia e ingeniería de materiales en Penn State. «No hemos tenido formas rentables con formas conformadas para atrapar y convertir ese calor en energía utilizable. Esta investigación abre esa puerta».
Los investigadores de Penn State han estado trabajando para mejorar el rendimiento de los generadores termoeléctricos, dispositivos que pueden convertir las diferencias de temperatura en electricidad. Cuando los dispositivos se colocan cerca de una fuente de calor, los electrones que se mueven del lado caliente al lado frío producen una corriente eléctrica, dijeron los científicos.
En trabajos anteriores, el equipo creó dispositivos rígidos que eran más eficientes que las unidades comerciales en aplicaciones de alta temperatura. Ahora, el equipo ha desarrollado un nuevo proceso de fabricación para producir dispositivos flexibles que ofrecen una mayor potencia y eficiencia, dijeron los científicos.
«Estos resultados proporcionan un camino prometedor hacia la utilización generalizada de la tecnología termoeléctrica en la aplicación de recuperación de calor residual», dijo Wenjie Li, profesor asistente de investigación en Penn State. «Esto podría tener un impacto significativo en el desarrollo de prácticos generadores térmicos a eléctricos».
Los dispositivos flexibles se adaptan mejor a las fuentes de calor residual más atractivas, como tuberías en edificios industriales y residenciales y en vehículos, dijeron los científicos. Y no es necesario pegarlos en superficies como los dispositivos rígidos tradicionales, lo que reduce aún más la eficiencia.
En las pruebas realizadas en una chimenea de gas, el nuevo dispositivo mostró una densidad de potencia un 150 % más alta que otras unidades de última generación, informaron los científicos en Applied Materials & Interfaces. Una versión ampliada, de poco más de 3 pulgadas cuadradas, mantuvo una ventaja de densidad de potencia del 115 %. Esa versión exhibió una potencia de salida total de 56,6 vatios cuando se colocó sobre la superficie caliente, dijeron los científicos.
“Piense en una planta de energía industrial con tuberías de cientos de pies de largo”, dijo Priya. «Si puede envolver estos dispositivos alrededor de un área tan grande, podría generar kilovatios de energía a partir del calor desperdiciado que normalmente se desecha. Podría convertir el calor desechado en algo útil».
Los dispositivos termoeléctricos están formados por pequeñas parejas, cada una de las cuales se asemeja a una mesa con dos patas. Muchas de estas parejas de dos patas están conectadas entre sí, normalmente formando un dispositivo plano y cuadrado.
Al crear el nuevo dispositivo, los científicos colocaron seis parejas a lo largo de una tira delgada. Luego usaron una lámina de metal flexible para conectar 12 de las tiras, creando un dispositivo con 72 parejas. Se utilizó metal líquido entre las capas de cada tira para mejorar el rendimiento del dispositivo, dijo el científico.
«A medida que aumenta la escala de estos dispositivos, a menudo pierde densidad de potencia, lo que dificulta la fabricación de generadores termoeléctricos a gran escala», dijo Bed Poudel, profesor asociado de investigación en Penn State. «Esto ilustra el extraordinario rendimiento de nuestro dispositivo de 72 pares».
El dispositivo de 72 pares exhibió la potencia de salida y la densidad de potencia del dispositivo más altas reportadas de un solo generador termoeléctrico, dijeron los científicos.
Los espacios entre las tiras brindan la flexibilidad para adaptarse a formas como tuberías. Los espacios también permiten flexibilidad para alterar el factor de llenado, o la relación entre el área del material termoeléctrico y el área del dispositivo, que puede usarse para optimizar los dispositivos termoeléctricos para diferentes fuentes de calor, dijeron los científicos.
Otros investigadores de Penn State en el proyecto fueron Amin Nozariasbmarz, profesor asistente de investigación; Han Byul Kang y Hangtain Zhu, investigadores postdoctorales; y Carter Dettor, ex estudiante de posgrado.
Ravi Anant Kishore, ingeniero de investigación del Laboratorio Nacional de Energía Renovable, también contribuyó.
Varios autores que contribuyeron a este estudio recibieron el apoyo del Departamento de Energía, la Oficina de Investigación Naval, la Oficina de Investigación del Ejército, la Fundación Nacional de Ciencias y la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Estado de Pensilvania. Original escrito por Matthew Carroll. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
