06.08.2025 by Dr. Chiara Baldini
Recuperación del calor residual: Las cobaltitas cálcicas, a la vanguardia de la innovación termoeléctrica
En un momento en que el mundo se enfrenta tanto a una crisis energética como a una creciente preocupación por el medio ambiente, la necesidad de soluciones energéticas limpias, renovables y eficientes es más urgente que nunca. Aunque ya se utilizan fuentes como la energía solar y la eólica, tienen limitaciones como la dependencia de las condiciones meteorológicas y los costes de infraestructura.
Una alternativa prometedora es la captación de energía termoeléctrica (TE), una tecnología que utiliza el efecto Seebeck para convertir el calor residual directamente en electricidad. Esto la hace especialmente atractiva para industrias y vehículos en los que suelen perderse cantidades ingentes de calor ( large ).
Entre los óxidos que se están explorando para aplicaciones termoeléctricas de alta temperatura, destacan las cobaltitas cálcicas por su excepcional Estabilidad térmicaUn material es térmicamente estable si no se descompone bajo la influencia de la temperatura. Una forma de determinar la estabilidad térmica de una sustancia es utilizar un TGA (analizador termogravimétrico). estabilidad térmica y sus propiedades de transporte anisótropo. Sin embargo, mejorar su eficiencia termoeléctrica en forma policristalina sigue siendo un reto.
Una nueva vía para los óxidos termoeléctricos
El reciente artículo "Advances in Texturing and Thermoelectric Properties of a Calcium Cobaltite Ceramic via Combined Spark Plasma Sintering and Spark Plasma Texturing", publicado en Advanced Functional Materials, presenta una innovadora estrategia en dos pasos para mejorar el rendimiento termoeléctrico de la cerámica policristalina de cobaltita cálcica ([Ca₂CoO₃-δ]₀.₆₂[CoO₂], comúnmente denominada CCO).
Los investigadores consiguieron una microestructura de "pared de ladrillo" muy texturizada con una alineación excepcional de los granos combinando la SinterizaciónLa sinterización es un proceso de producción para formar un cuerpo mecánicamente resistente a partir de un polvo cerámico o metálico. sinterización por plasma de chispa (SPS), un método de presinterización rápido y eficaz que garantiza una alta densificación, con la texturización por plasma de chispa (SPT), una configuración modificada y sin bordes que permite que los granos se deformen libremente.
Esta arquitectura optimizada mejora significativamente el transporte de carga en el plano y reduce 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, lo que permite a la cerámica alcanzar una cifra récord de mérito(ZT) de 0,49 a 1073 K.
NETZSCH El análisis térmico es esencial para determinar el ZT
En este estudio, los laboratorios NETZSCH Analyzing & Testing proporcionaron las mediciones térmicas de alta precisión necesarias para determinar las propiedades de transporte térmico. 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 se midió con el NETZSCH LFA 467 HT HyperFlash y la 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 (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.cp) se determinó con el NETZSCH DSC 404 F1 Pegasus® . Estos valores fueron esenciales para calcular la conductividad térmica (λ) y, en última instancia, la cifra de mérito(ZT), el indicador clave de la eficiencia termoeléctrica.
Para conocer todos los detalles experimentales, el análisis de los datos y las implicaciones de este enfoque innovador en el diseño de materiales termoeléctricos, le invitamos a leer la publicación original.
Agradecimientos
Nos gustaría dar las gracias a los equipos del Instituto de Química Física y Electroquímica de la Universidad Leibniz de Hannover (Alemania), el Departamento Wolfson de Ingeniería Química y el Programa de Energía Grand Technion (Technion, Israel), así como a la Universidad Técnica de Darmstadt (Alemania), por incorporar NETZSCH Analyzing & Testing a este nuevo esfuerzo conjunto de investigación. Estamos orgullosos de haber apoyado el estudio con nuestra experiencia en análisis térmico e instrumentación, proporcionando datos de alta precisión, esenciales para la evaluación exacta del rendimiento termoeléctrico del material.
Projekt DEAL facilitó y organizó la financiación de acceso abierto para esta publicación.
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