29.04.2025 by Dr. Chiara Baldini
Transformar el calor residual en energía con la tecnología de nanoribbones: mejorar el rendimiento de las termoeléctricas
En la ciencia de los materiales avanzados, la ingeniería estructural precisa a nanoescala es muy importante para optimizar el rendimiento de los compuestos cerámicos en diversas aplicaciones, como la electrónica, la gestión térmica y, especialmente, los materiales termoeléctricos. Un reto fundamental en este campo es crear estructuras asimétricas controladas que optimicen las propiedades direccionales y la eficacia funcional.
Un reciente estudio en colaboración, "Asymmetric structuring of ceramic composite via co-electrospun sodium cobaltite and calcium cobaltite nanoribbons", publicado en el Journal of the American Ceramic Society, representa un avance significativo hacia la superación de este reto. Investigadores del Instituto de Química Física y Electroquímica de la Universidad Leibniz de Hannover (Alemania) y del Departamento Wolfson de Ingeniería Química del Instituto Tecnológico Technion-Israel (Haifa, Israel) emplearon un innovador método de fabricación denominado coelectrohilado. Esta variante avanzada del electrospinning permitió preparar con precisión nanoribbones compuestos de cobaltita sódica (NaCo₂O₄) y cobaltita cálcica (Ca₃Co₄O₉). El método permitió controlar con precisión la microestructura y la textura de la cerámica, creando materiales específicamente adaptados para mejorar el rendimiento termoeléctrico.
Caracterización avanzada con NETZSCH DSC y LFA: clave para el rendimiento termoeléctrico
Nuestro laboratorio en NETZSCH Analyzing & Testing aportó análisis térmicos especializados esenciales para esta investigación. Concretamente, se determinó con precisión la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica (λ) en el plano y fuera del plano a partir de la Difusividad térmicaLa difusividad térmica (a con la unidad mm2/s) es una propiedad específica de los materiales para caracterizar la conducción de calor inestable. Este valor describe la rapidez con la que un material reacciona a un cambio de temperatura.difusividad térmica, medida con el NETZSCH LFA 467 HT HyperFlash, y los valores de Capacidad calorífica específica (cp)La capacidad calorífica es una magnitud física específica de un material, determinada por la cantidad de calor suministrada a la probeta, dividida por el aumento de temperatura resultante. La capacidad calorífica específica está relacionada con una unidad de masa de la muestra.capacidad calorífica específica, obtenidos con el NETZSCH DSC 404 F1 Pegasus® .
Estas mediciones contribuyeron a una evaluación exhaustiva del comportamiento térmico del composite.
El estudio demostró un rendimiento termoeléctrico mejorado, con un factor de potencia de 9,9 μW/cm²K² y un valor ZT de 0,49 a 1073 K, superando los valores comunicados anteriormente para materiales similares a base de cobaltita. Estas mejoras están relacionadas con el aumento de la Conductividad eléctrica (SBA)La conductividad eléctrica es una propiedad física que indica la capacidad de un material para permitir el transporte de una carga eléctrica.conductividad eléctrica gracias a la optimización de las propiedades de los portadores de carga dentro del compuesto nanoestructurado.
Esta investigación ejemplifica cómo la colaboración eficaz entre instituciones académicas y laboratorios analíticos especializados puede acelerar los avances en la tecnología de materiales cerámicos.
Agradecimientos
Agradecemos la colaboración en la investigación del Instituto de Química Física y Electroquímica de la Universidad Leibniz de Hannover (Alemania) y del Departamento Wolfson de Ingeniería Química y el Programa de Energía Nancy & Stephan Grand Technion (GTEP) del Instituto Tecnológico Technion-Israel (Haifa, Israel). Estamos orgullosos de haber apoyado este estudio aportando nuestra experiencia e instrumentación avanzada en el campo del análisis térmico.
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