Investigadores de la Universidad de Kyushu (Japón) han desarrollado un nuevo dispositivo termoeléctrico orgánico que puede captar energía a temperatura ambiente. Si bien los dispositivos termoeléctricos tienen varios usos en la actualidad, aún existen obstáculos para su uso completo. Al combinar las capacidades únicas de los materiales orgánicos, el equipo logró desarrollar un marco para la generación de energía termoeléctrica a temperatura ambiente sin ningún gradiente de temperatura.
Los dispositivos termoeléctricos, o generadores termoeléctricos, son una serie de materiales generadores de energía que pueden convertir el calor en electricidad siempre que exista un gradiente de temperatura (en el que un lado del dispositivo esté caliente y el otro frío). Estos dispositivos han sido objeto de una importante investigación y desarrollo por su posible utilidad para aprovechar el calor residual de otros métodos de generación de energía.
Quizás el uso más conocido de los generadores termoeléctricos sea en sondas espaciales como el rover Curiosity o la sonda Voyager. Estas máquinas funcionan con generadores termoeléctricos de radioisótopos, donde el calor generado por los isótopos radiactivos proporciona el gradiente de temperatura para que los dispositivos termoeléctricos alimenten sus instrumentos. Sin embargo, debido a problemas como el alto costo de producción, el uso de materiales peligrosos, la baja eficiencia energética y la necesidad de temperaturas relativamente altas, los dispositivos termoeléctricos siguen siendo infrautilizados en la actualidad.
“Estábamos investigando formas de fabricar un dispositivo termoeléctrico que pudiera captar energía de la temperatura ambiente. Nuestro laboratorio se centra en la utilidad y la aplicación de los compuestos orgánicos, y muchos de ellos tienen propiedades únicas que les permiten transferir fácilmente energía entre sí”, explica el profesor Chihaya Adachi del Centro de Investigación en Fotónica y Electrónica Orgánica (OPERA) de la Universidad de Kyushu, que dirigió el estudio. “Un buen ejemplo del poder de los compuestos orgánicos se puede encontrar en los OLED o células solares orgánicas”.
Compuestos poco frecuentes
La clave era encontrar compuestos que funcionaran bien como interfaces de transferencia de carga, es decir, que pudieran transferir electrones fácilmente entre sí. Después de probar varios materiales, el equipo encontró dos compuestos viables: ftalocianina de cobre (CuPc) y hexadecafluoroftalocianina de cobre (F 16 CuPc).
“Para mejorar la propiedad termoeléctrica de esta nueva interfaz, también incorporamos fulerenos y BCP”, continúa Adachi. “Se sabe que estos son buenos facilitadores del transporte de electrones. La combinación de estos compuestos mejoró significativamente la potencia del dispositivo. Al final, obtuvimos un dispositivo optimizado con una capa de 180 nm de CuPc, 320 nm de F 16 CuPc, 20 nm de fulereno y 20 nm de BCP”.
El dispositivo optimizado tenía un voltaje de circuito abierto de 384 mV, una densidad de corriente de cortocircuito de 1,1 μA/cm2 y una salida máxima de 94 nW/cm2 . Además, todos estos resultados se lograron a temperatura ambiente sin el uso de un gradiente de temperatura.
“Se han producido avances considerables en el desarrollo de dispositivos termoeléctricos, y nuestro nuevo dispositivo orgánico propuesto sin duda contribuirá a que las cosas avancen”, concluye Adachi. “Nos gustaría seguir trabajando en este nuevo dispositivo y ver si podemos optimizarlo aún más con diferentes materiales. Es probable que incluso podamos lograr una mayor densidad de corriente si aumentamos el área del dispositivo, lo que es inusual incluso para los materiales orgánicos. Esto demuestra que los materiales orgánicos tienen un potencial asombroso”.
Sus hallazgos fueron publicados en la revista Nature Communications .
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