Los investigadores han desarrollado un nuevo dispositivo termoeléctrico orgánico que puede recolectar energía de la temperatura ambiente. Aunque los dispositivos termoeléctricos tienen muchos usos hoy en día, todavía existen barreras para su pleno uso. Combinando 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. Sus hallazgos fueron publicados en la revista Comunicaciones de la naturaleza.
Los dispositivos termoeléctricos, o generadores termoeléctricos, son una serie de materiales generadores de energía que pueden convertir el calor en electricidad siempre que haya un gradiente de temperatura, donde un lado del dispositivo esté caliente y el otro esté frío. Dichos dispositivos han sido un foco importante de investigación y desarrollo por su utilidad potencial para recolectar el calor residual de otros métodos de generación de energía.
Quizás el uso más famoso de los generadores termoeléctricos sea en sondas espaciales como el rover Mars Curiosity o la sonda Voyager. Estas máquinas funcionan con generadores termoeléctricos de radioisótopos, donde el calor producido por los isótopos radiactivos proporciona un gradiente de temperatura para que los dispositivos termoeléctricos alimenten sus dispositivos. Sin embargo, debido a problemas como los altos costos de producción, el uso de materiales peligrosos, la baja eficiencia energética y los requisitos de temperatura relativamente altos, los dispositivos termoeléctricos todavía tienen poco uso en la actualidad.
“Estábamos investigando formas de crear un dispositivo termoeléctrico que pudiera recolectar energía de la temperatura ambiente. Nuestro laboratorio se enfoca en la utilidad y aplicaciones de compuestos orgánicos, y muchos compuestos orgánicos tienen propiedades únicas donde pueden transferir energía entre sí fácilmente”. La profesora Chihaya Adachi del Centro de Investigación en Electrónica y Fotónica Orgánica (OPERA) de la Universidad de Kyushu explicó el liderazgo de la investigación. “Un buen ejemplo del poder de los compuestos orgánicos lo podemos encontrar en los OLED o las células solares orgánicas”.
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 diferentes materiales, el equipo encontró dos compuestos viables: ftalocianina de cobre (CuPc) y hexadecafluoroftalocianina de cobre (CuPc).16CuPc).
“Para mejorar las propiedades termoeléctricas de esta nueva interfaz, también añadimos fullerenos y BCP”, continúa Adachi. “Se sabe que son buenos facilitadores del transporte de electrones. Agregar estos compuestos aumenta significativamente la potencia del dispositivo. Finalmente, tenemos una capa de CuPc de 180 nm, una F de 320 nm. Fue una gran herramienta.16CuPc, fullereno de 20 nm y BCP de 20 nm”.
El voltaje de circuito abierto del dispositivo optimizado fue de 384 mV, la densidad de corriente de cortocircuito es de 1,1 μA/cm.2y una salida máxima de 94 nW/cm2. Además, todos estos resultados se obtuvieron a temperatura ambiente sin el uso de un gradiente de temperatura.
“Ha habido muchos avances en el desarrollo de dispositivos termoeléctricos, y nuestro nuevo dispositivo orgánico propuesto sin duda ayudará a impulsar las cosas”, concluyó Adachi. “Nos gustaría seguir trabajando en este nuevo dispositivo y ver si podemos mejorarlo aún más con diferentes materiales. Si aumentamos el área del dispositivo, también podemos lograr una mayor densidad de corriente, lo cual también es inusual en materiales orgánicos. demostrar que los materiales orgánicos tienen un potencial asombroso”.
