Tecnologia Científica

Pesquisadores pedem foco renovado no resfriamento termoelétrico
Os materiais termoelétricos funcionam explorando o fluxo da corrente de calor de uma área mais quente para uma área mais fria, fornecendo uma fonte de energia livre de emissões.
Por Jeannie Kever - 07/12/2020


Zhifeng Ren, à direita, diretor do Texas Center for Superconductivity em UH, e o pesquisador Jun Mao, pediram uma ênfase maior em novos materiais para resfriamento termoelétrico. Crédito: Universidade de Houston

Quase 200 anos depois que o físico francês Jean Peltier descobriu que a corrente elétrica que flui pela junção de dois metais diferentes pode ser usada para produzir um efeito de aquecimento ou resfriamento, os cientistas continuam a pesquisar novos materiais termoelétricos que possam ser usados ​​para geração de energia.

Pesquisadores que escrevem na Nature Materials , no entanto, dizem que é hora de intensificar os esforços para encontrar novos materiais para resfriamento termoelétrico.

Compostos de telúrio de bismuto têm sido usados ​​para resfriamento termoelétrico por mais de 60 anos, e os pesquisadores afirmam que o fato de já haver uma demanda comercial pela tecnologia sugere que materiais melhores podem expandir o mercado.

“A maior parte do trabalho está focada em materiais de alta temperatura para geração de energia , mas ainda não há mercado lá”, disse Zhifeng Ren, diretor do Texas Center for Superconductivity da University of Houston e autor correspondente do artigo. "O resfriamento é um mercado existente, um mercado de bilhões de dólares, e não houve muito progresso em materiais."

Ele e os coautores Jun Mao, pesquisador do TcSUH, e Gang Chen, engenheiro mecânico e nanotecnologista do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, pedem um foco maior no desenvolvimento de novos materiais avançados que funcionam à temperatura ambiente ou próximo a ela.

Os três faziam parte de um grupo que em 2019 publicou na revista Science um novo material que funciona com eficiência em temperatura ambiente e quase não requer telúrio caro, um dos principais componentes do material atual de última geração.

O material, composto de magnésio e bismuto, era quase tão eficiente quanto o material tradicional de bismuto-telúrio. O trabalho para melhorar o material está em andamento, disse Ren.

Os materiais termoelétricos funcionam explorando o fluxo da corrente de calor de uma área mais quente para uma área mais fria, fornecendo uma fonte de energia livre de emissões. Os materiais podem ser usados ​​para transformar o calor residual - de usinas de energia, tubos de escape de automóveis e outras fontes - em eletricidade, e vários novos materiais foram relatados para essa aplicação, o que requer materiais para funcionar em temperaturas mais altas.

“Se você puder encontrar materiais com uma figura de mérito mais alta, poderá ter um desempenho muito competitivo para refrigeradores ou até mesmo ar condicionado”, disse Ren. "Ainda não está aí, mas não vejo por que não pode estar no futuro."


Os módulos de resfriamento termoelétricos representam um desafio maior porque precisam trabalhar próximos à temperatura ambiente , tornando mais difícil alcançar uma alta figura de mérito termoelétrica, uma métrica usada para determinar a eficiência de funcionamento de um material. Os materiais termoelétricos usados ​​para geração de energia alcançam mais facilmente uma alta figura de mérito porque operam em temperaturas mais altas - geralmente em torno de 500 graus centígrados, ou cerca de 930 Fahrenheit.

Mas também há vantagens nos dispositivos de resfriamento termoelétricos: eles são compactos, operam silenciosamente e podem alternar quase instantaneamente entre aquecimento e resfriamento, permitindo um controle preciso da temperatura. Eles também operam sem gerar gases de efeito estufa prejudiciais à camada de ozônio.

Eles são usados ​​principalmente para pequenas aplicações, incluindo o transporte de suprimentos médicos e diodos laser de resfriamento.

"Para dispositivos de resfriamento em grande escala, um compressor é ainda mais eficiente", disse Ren, que também é professor titular de física do MD Anderson. "Para sistemas menores ou para qualquer aplicação de resfriamento que exija um controle de temperatura muito preciso, o resfriamento regular por compressor não é tão bom."

Mas a descoberta de novos e melhores materiais pode expandir o mercado.

“Se você puder encontrar materiais com uma figura de mérito mais alta, poderá ter um desempenho muito competitivo para refrigeradores ou até mesmo ar condicionado”, disse Ren. "Ainda não está aí, mas não vejo por que não pode estar no futuro."

 

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