Tecnologia Científica

Um novo composto 'padrão ouro' para gerar eletricidade a partir do calor
Dispositivos conhecidos como termoelétricas transversais evitam esse problema ao produzir uma corrente perpendicular ao dispositivo condutor, exigindo contatos apenas na extremidade fria do gerador.
Por Emily Caldwell - 26/05/2021


Pixabay

Geradores de energia termoelétrica que produzem energia elétrica a partir do calor residual seriam uma ferramenta útil para reduzir as emissões de gases de efeito estufa se não fosse por um problema muito incômodo: a necessidade de fazer contatos elétricos com o lado quente, que muitas vezes é quente demais para materiais que pode gerar uma corrente.

O calor faz com que os dispositivos falhem com o tempo.

Dispositivos conhecidos como termoelétricas transversais evitam esse problema ao produzir uma corrente perpendicular ao dispositivo condutor, exigindo contatos apenas na extremidade fria do gerador. Embora considerada uma tecnologia promissora, os materiais conhecidos por criar essa voltagem lateral são pouco eficientes - ou assim pensaram os cientistas.

Pesquisadores da Universidade do Estado de Ohio mostram em um novo estudo que um único material, um cristal em camadas que consiste nos elementos rênio e silício, acaba sendo o padrão ouro de dispositivos termoelétricos transversais.

Os cientistas demonstraram que este único composto funciona como um gerador termoelétrico altamente eficaz por causa de uma propriedade rara: carregar simultaneamente cargas positivas e negativas que podem se mover de forma independente, em vez de correr paralelamente entre si, o que os força a ziguezaguear em direção ao contatos para gerar uma corrente elétrica.

Ao construir um gerador termoelétrico com um cristal de cerca de cinco centímetros de comprimento, os pesquisadores também determinaram que, quando o cristal está situado em um ângulo específico no dispositivo, ele pode produzir uma quantidade impressionante de energia.

"Nós mostramos que esses materiais são tão eficazes quanto a tecnologia de gerador termoelétrico convencional, mas superam suas principais desvantagens", disse o co-autor do estudo Joshua Goldberger, professor de química e bioquímica do Estado de Ohio.

"Esta é a primeira vez que este tipo de dispositivo se mostra viável. Com eficiências ordens de magnitude maiores do que qualquer dispositivo transversal anterior , este composto é tão bom quanto o que você pode comprar comercialmente, mas promete ser muito mais simples e confiável. "

A pesquisa foi publicada online na revista Energy & Environmental Science .

Embora 97% da energia seja gerada a partir do calor, nós jogamos a maior parte do calor fora, deixando-o escapar das chaminés, escapamentos de carros e similares.
 
"O calor residual é realmente importante. Sempre e sempre houve uma busca para melhorar a eficiência de todos os motores que geram energia a partir do calor - a quantidade de trabalho que você pode obter deles para usar", disse o coautor do estudo Joseph Heremans, professor de engenharia mecânica e aeroespacial e Ohio Eminent Scholar em Nanotecnologia no estado de Ohio.

"Por muito tempo, sonhamos em encontrar pequenos motores que não tivessem peças móveis que captassem calor e gerassem eletricidade."

E agora eles têm.

A maioria dos materiais conduz apenas um tipo de carga, fazendo com que a maioria dos dispositivos termoelétricos sejam compostos de vários compostos - mas a complexidade de fazer contatos com eles tem dificultado os esforços para construir um gerador termoelétrico eficiente e eficaz que seja fácil de construir e possa suportar altas temperaturas.

Dois anos atrás, esta equipe de pesquisa descobriu propriedades inesperadas em um composto diferente que permitia que elétrons e buracos, as fontes das cargas negativas e positivas, respectivamente, que geram uma corrente elétrica, corressem ao longo do que poderia se assemelhar a uma rodovia norte-sul para um carga e uma rodovia leste-oeste para o outro.

Depois dessa descoberta, os pesquisadores vasculharam as pesquisas existentes sobre outros cristais que outros cientistas descobriram para fazer a mesma coisa.

"Ficamos interessados ​​nisso porque, no início, não sabíamos que poderia existir. Quando descobrimos que poderia existir, estivemos realmente nos empenhando para encontrar esses materiais", disse Goldberger. Até o momento, eles confirmaram experimentalmente 15 materiais com essas propriedades - dentre as mais de 110.000 estruturas cristalinas descobertas e catalogadas em um banco de dados internacional.

"Alguns foram descobertos, mas nenhum foi explorado quanto à funcionalidade. O que descobrimos é que podemos realmente fazer algo com eles", disse Wolfgang Windl, professor de ciência de materiais e engenharia da Ohio State e coautor do estudo .

"Tudo o que temos que fazer é colocar os fios em uma extremidade e orientar o cristal de uma determinada maneira e de repente temos um gerador de energia sem peças móveis. E você o aquece com qualquer perda de calor que tiver em sua casa, carro ou foguete, e isso vai gerar energia livre de emissões por si só e basicamente infinitamente. É um pouco como magia negra para mim. "

Teoricamente, um gerador feito com esse composto poderia ser usado em qualquer lugar onde o calor fosse gerado - o tamanho do cristal pode ser variável e, neste estudo, foi ditado pelo tamanho da fornalha em que foi cultivado.

Heremans disse que o gerador poderia produzir eletricidade suficiente do escapamento do carro para impulsionar o veículo para frente, mas ele defende a ideia de usar essa tecnologia em uma escala menor: "As aplicações de menor escala são onde as soluções complexas não são bem-vindas porque são muito caras ," ele disse. "É aí que uma solução simples como esta provavelmente é a melhor."

 

.
.

Leia mais a seguir