viernes, 10 de mayo de 2013

Mejorando los materiales que convierten el calor en electricidad y viceversa

Los materiales termoeléctricos pueden ser usados para convertir el calor de los residuos en electricidad o para proporcionar refrigeración sin líquido congelante, y un equipo de investigadores de la Universidad de Michigan ha descubierto una forma de duplicar la eficiencia de una clase partícula de ellos que está hecha con semiconductores orgánicos.

Los semiconductores orgánicos son compuestos ricos en carbono relativamente baratos, abundantes, ligeros y duros. Pero tradicionalmente no han sido considerados como candidatos para materiales termoeléctricos porque eran ineficientes llevando a cabo el esencial proceso de conversión de calor a electricidad.

Los materiales termoeléctricos más eficientes hoy en día están hechos de semiconductores inorgánicos relativamente raros tales como bismuto, selenio y telurio que son caros y a menudo tóxicos. Aún sí, son capaces de convertir el calor en electricidad con cuatro veces más eficiencia que los semiconductores orgánicos creados hasta la fecha. Esta gran eficiencia se refleja en una métrica conocida como la "figura de mérito" termoeléctrica. Esta métrica es aproximadamente 1 a temperatura ambiente para materiales termoeléctricos inorgánicos de última tecnología, pero tan solo 0,25 para semiconductores inorgánicos. Los investigadores mejoraron la tecnología de los semiconductores orgánicos en un 70%, consiguiendo una figura de mérito de 0,42 en un componente conocido como PEDOT:PSS.PEDOT:PSS que es una mezcla de dos polímeros: el polímero conjugado PEDOT y el polielectrolito. Este elemento había sido usado previamente como electrodo transparente para dispositivos tales como LEDs orgánicos y células solares, así como un agente antiestático para materiales como películas fotográficas.

Una de las maneras en que científicos e ingenieros incrementan la capacidad de un material para conducir electricidad es añadirle impurezas en un proceso conocido como dopaje. Cuando esos ingredientes añadidos, denominados dopantes, enlazan con el material huésped, le dan un portador eléctrico. Cada uno de esos portadores adicionales mejora la conductividad eléctrica del material. En el PEDOT dopado por PSS, sin embargo, solo una pequeña fracción de las moléculas PSS enlaza realmente con el huésped PEDOT. El resto de moléculas PSS no se ionizan y están inactivas. Los investigadores descubrieron que esas moléculas PSS excedentes inhiben dramáticamente tanto la conductividad eléctrica como el rendimiento termoeléctrica del material.

Para mejorar su eficiencia termoeléctrica, los investigadores reestructuraron el material a escala nanométrica, averiguando como usar ciertos solventes para eliminar algunas de esas moléculas PSS dopantes no ionizadas de la mezcla, lo que conlleva grandes incrementos en la conductividad eléctrica y la eficiencia de conversión de energía termoeléctrica. En particular, este material termoeléctrico orgánico sería efectivo a temperaturas de hasta 250º F.

Via Science newsline

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