Internacional. Investigadores de la Universidad de Tokio han generado electricidad a partir de calor latente, la energía creada cuando una sustancia pasa de estado sólido, líquido o gaseoso a otro estado. Este logro impulsará las posibilidades de las termoceldas, dispositivos que utilizan cambios de temperatura para generar electricidad, lo que se conoce como conversión termoeléctrica.
Como todos los materiales pueden sufrir transiciones de fase en las circunstancias adecuadas, esta investigación respalda la idea de que una amplia variedad de materiales tienen potencial para usarse para la conversión termoeléctrica. El calor latente que alguna vez se desperdició podría usarse para permitir que los dispositivos creen su propia energía mientras se enfrían, reduciendo la dependencia de otras fuentes de energía.
Los investigadores de la Universidad de Tokio se interesaron en el potencial de la energía de calor latente que se crea cuando la fase de una sustancia pasa de un estado a otro, por ejemplo, cuando el agua dentro de un acondicionador de aire se evapora y se condensa para crear el efecto de enfriamiento. A diferencia del aire caliente que se siente salir disparado desde una unidad de aire acondicionado, el calor latente creado por el agua del interior es casi imperceptible. La conversión termoeléctrica utiliza calor para generar electricidad y un dispositivo que puede hacerlo es la termocelda.
El equipo creó su propia termocelda utilizando un hidrogel (un material polimérico rico en agua) llamado PNIPAM, que modificaron con un compuesto llamado viologen. Este hidrogel modificado contenía un polímero termosensible, lo que significa que el polímero reaccionaba al cambio de temperatura, siendo en este caso soluble en agua fría pero insoluble en agua caliente. Con esta termocelda, pudieron utilizar con éxito la muy pequeña cantidad de energía de calor latente generada por la transición de fase (entre soluble e insoluble) para crear electricidad.
"Por primera vez, hemos confirmado que el calor latente tiene el potencial de usarse para la conversión termoeléctrica", dijo el profesor Teppei Yamada del Departamento de Química de la Escuela de Graduados en Ciencias de la Universidad de Tokio. “Creemos que podemos utilizar varios tipos de materiales para las termoceldas. Cualquier sustancia en el mundo puede realizar una transición de fase en las condiciones adecuadas: por ejemplo, la nata se convierte en helado, la arena en vidrio, el agua en vapor, etc. Con este método, en principio, es posible extraer energía eléctrica incluso de la más mínima diferencia de temperatura, lo que aumenta en gran medida el número de situaciones en las que se puede utilizar la conversión termoeléctrica”.
Configuración experimental de termoceldas. Actualmente la refrigeración electroquímica no se utiliza ni comercializa de forma generalizada debido a su bajo rendimiento en comparación con otras opciones, como la refrigeración eléctrica. Sin embargo, esta investigación puede cambiar eso.©2023 Yamada.
El rendimiento de una termocelda se evalúa en función de la cantidad de voltaje que se puede generar a partir de una pequeña diferencia de temperatura, lo que se denomina coeficiente de Seebeck. Cuanto mayor sea el coeficiente de Seebeck, más energía eléctrica se podrá extraer. El coeficiente de Seebeck de las termoceldas que utilizan compuestos orgánicos suele ser inferior a 1 microvoltio (una millonésima de voltio) por unidad kelvin de temperatura, pero en esta prueba superaron los 2 microvoltios por kelvin. "Este es un logro notable", dijo Yamada. "Aunque anteriormente hemos creado termoceldas que producen 2 microvoltios por kelvin mediante un cambio de pH, esta es la primera vez que se utiliza directamente la energía de una transición de fase".
Los investigadores esperan que este trabajo ayude a mejorar la tecnología de refrigeración, los dispositivos de control de temperatura y otras tecnologías como los sensores de temperatura. “Ya hemos llegado a la etapa en la que podemos considerar aplicaciones prácticas de las termoceldas. Por ejemplo, esperamos que sea posible generar electricidad mientras se enfría una sala de servidores o el motor de un coche”, dijo Yamada. "El verdadero desafío ahora es que esta tecnología no es muy conocida, por lo que necesitamos que la industria, el gobierno y el mundo académico trabajen juntos para lograr una rápida implementación social".
