Un equipo de investigación del CSIC ha creado un método nuevo para fabricar materiales termoeléctricos de alta eficiencia sin necesidad de vacío ni altas temperaturas.
Un equipo del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), organismo adscrito al Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, ha desarrollado un método sencillo y escalable para fabricar películas delgadas de seleniuro de plata y seleniuro de cobre con elevadas prestaciones termoeléctricas a temperatura ambiente.
El trabajo, publicado en la revista Materials Today Energy, demuestra que el control preciso de las condiciones de electrodeposición (proceso electroquímico que recubre un objeto conductor con una capa delgada de metal mediante el uso de corriente eléctrica) permite modificar la composición, la estructura cristalina y la microestructura de estos materiales y, con ello, mejorar significativamente su capacidad para transformar una diferencia de temperatura en electricidad.
Los materiales termoeléctricos pueden generar electricidad a partir del gradiente térmico mediante el efecto Seebeck. Por ello, resultan de gran interés para recuperar parte del calor que actualmente se pierde en numerosos procesos y dispositivos. Entre sus posibles aplicaciones se encuentran la recuperación de calor residual industrial y doméstica de equipos, así como el desarrollo de dispositivos autónomos de pequeña escala.
Una de las principales ventajas de la metodología desarrollada radica en el propio proceso de fabricación. Las películas se obtienen a partir de disoluciones acuosas mediante electrodeposición a temperatura ambiente, evitando el uso de cámaras de vacío o tratamientos a alta temperatura, habituales en otras técnicas más complejas y costosas.
“La electrodeposición es una técnica sencilla, que se realiza con equipos relativamente simples y pequeñas cantidades de reactivos. Además, podemos controlar la composición, su estructura cristalina y la morfología de los materiales modificando las condiciones del proceso. Estas características hacen que la electrodeposición sea una alternativa con un importante potencial para avanzar hacia una fabricación más escalable fácilmente asimilada por la industria” explica la investigadora del CSIC en el Instituto de Micro y Nanoelectrónica (IMN) Cristina V. Manzano.
El estudio no solo ha logrado optimizar el proceso, sino también alcanzar valores de rendimiento excepcionales. En el caso del seleniuro de plata, el factor de potencia obtenido sitúa a este material entre los de mayor rendimiento termoeléctrico de tipo n registrados a temperatura ambiente. En el caso del seleniuro de cobre, los resultados quintuplican las marcas previas obtenidas mediante electrodeposición.
Asimismo, los investigadores evaluaron la reproducibilidad del método realizando distintas series de muestras a lo largo de un año, comprobando que los resultados se mantenían estables dentro del margen de error experimental. Tras ocho meses y 40 ciclos de variación térmica, las propiedades de los materiales penas sufrieron variaciones (con cambios de solo un 2 % en la conductividad eléctrica y un 6 % en el coeficiente Seebeck).
“El resultado demuestra el potencial de estos materiales para aplicaciones de aprovechamiento de calor residual, aunque todavía es necesario optimizar la arquitectura de los dispositivos y estudiar en mayor profundidad el transporte térmico direccional” apunta la investigadora del CSIC en el IMN Marisol Martín.
Entre las posibles aplicaciones futuras se encuentran el desarrollo de generadores termoeléctricos compactos para sensores autónomos e internet de las cosas (IoT), la recuperación de energía en procesos industriales a partir del calor residual, y su integración en dispositivos electrónicos portátiles y tecnologías “wearable”.
El trabajo ha sido financiado por la Unión Europea a través de la ERC Consolidator Grant "COOLed" (n.º 101087974).