De acuerdo con una revisión de las últimas investigaciones en la revista Science and Technology of Advanced Materials, los científicos se están acercando al diseño de materiales termoeléctricos que cosechan de manera eficiente el calor del ambiente circundante y lo convierten en electricidad para alimentar varios dispositivos y aparatos . Los dispositivos hechos con estos materiales podrían evitar la necesidad de recargar, cambiar y desechar las baterías
Para que los materiales termoeléctricos sean eficientes en la producción de energía, necesitan poder mantener el calor y conducir bien la electricidad . Los materiales termoeléctricos que pueden trabajar cerca de la temperatura ambiente y son flexibles serían especialmente ventajosos, particularmente para el uso en dispositivos portátiles.
Se están investigando tres tipos de materiales conductores para su uso en dispositivos termoeléctricos: materiales inorgánicos, orgánicos e híbridos.
Los materiales termoeléctricos inorgánicos convierten eficientemente el calor en electricidad, pero no son muy flexibles. Los investigadores están trabajando para superar este obstáculo. Por ejemplo, un dispositivo termoeléctrico flexible se fabricó utilizando capas de cromel (90% de níquel y 10% de cromo) y de constantán (55% de cobre y 45% de níquel) cubiertas por una lámina flexible hecha de poliimida y cobre. Los generadores micro termoeléctricos basados en materiales inorgánicos tienen aplicaciones potenciales en monitoreo ambiental y de edificios, rastreo de animales, seguridad y vigilancia, y tratamiento médico. Ya se han introducido en dispositivos comerciales, como un reloj con motor de calor fabricado por Seiko.
La mayoría de los dispositivos termoeléctricos orgánicos involucran polímeros. Los polímeros semiconductores conducen la electricidad y mantienen el calor mejor que los semiconductores inorgánicos convencionales. También son más ligeros y menos costosos. A diferencia de los materiales inorgánicos rígidos, son flexibles y moldeables y se pueden producir en cualquier forma utilizando impresoras 3D. Sin embargo, son menos eficientes para convertir el calor en electricidad. Los investigadores están tratando de mejorar la eficiencia termoeléctrica de los polímeros ajustando la composición, la longitud y la disposición de sus moléculas, con el objetivo de aumentar la conductividad eléctrica y la cristalinidad del material final.
La investigación que tiene como objetivo combinar las ventajas de los materiales orgánicos e inorgánicos combinándolos se centra en encontrar composiciones óptimas y mejorar el proceso de mezcla. Por ejemplo, la incorporación de moléculas orgánicas en cristales de disulfuro de titanio inorgánicos los hace flexibles y reduce su conductividad térmica. Esto mejora el rendimiento termoeléctrico general.
Los autores concluyen que los dispositivos termoeléctricos pueden reemplazar las baterías tradicionales en muchas aplicaciones, pero se requiere mucho trabajo para mejorar los materiales termoeléctricos para lograr el éxito en esta dirección.
