Diagrama esquemático que ilustra la tecnología termoeléctrica transversal en muestras policristalinas SR3YCO4O11-Δ mejoradas por oxígeno, que muestra la generación de corriente eléctrica perpendicular a partir de gradientes de temperatura. Crédito: Postech
Un equipo de investigación ha mejorado dramáticamente la eficiencia de convertir el calor en electricidad. La clave radica en controlar pequeños defectos conocidos como vacantes de oxígeno.
Sus hallazgos fueron publicado Como artículo de primera portada en la revista Advanced Science. El equipo fue dirigido por el profesor Hyungyu Jin y el Dr. Min Young Kim del Departamento de Ingeniería Mecánica de Postech, en colaboración con los profesores Dongwa Lee y Si-Young Choi del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, y el profesor Joseph P. Heremans de la Universidad Estatal de Ohio.
Cada día, se pierden enormes cantidades de calor a nuestro alrededor: vapor caliente de las chimeneas de fábrica, el calor de los motores de automóviles e incluso el calor generado por los teléfonos inteligentes y las computadoras. Este calor residual generalmente se deja sin usar, pero si pudiera convertirse nuevamente en electricidad, ofrecería una solución poderosa tanto para la ineficiencia energética como para los desafíos ambientales.
La tecnología que recibe atención entre los científicos en este contexto es la tecnología termoeléctrica, que convierte el calor en electricidad a través de gradientes de temperatura. En particular, la tecnología termoeléctrica transversal genera una caída de voltaje que es perpendicular a la dirección del flujo de calor. Este método es muy prometedor como una tecnología energética ecológica debido a su estructura simple y alta eficiencia. Sin embargo, se ha enfrentado a una limitación persistente: su rendimiento depende en gran medida de las propiedades intrínsecas del material, lo que limita el alcance de aplicaciones industriales viables.
El equipo liderado por Postech centró su atención en las vacantes de oxígeno, las brechas minuciosas que quedan cuando los átomos de oxígeno están ausentes de una red de cristal de materiales. Aunque pueden parecer meros defectos, los investigadores descubrieron que controlar con precisión su número puede mejorar sustancialmente el rendimiento.
En sus experimentos, prepararon tres tipos de muestras con diferentes cantidades de vacantes de oxígeno. Los resultados fueron notables: la muestra con la mayoría de las vacantes de oxígeno mostró una mejora extraordinaria del 91% en el rendimiento termoeléctrico.
Este fenómeno puede explicarse por dos mecanismos. Primero, cuando un material tiene más vacantes de oxígeno, la diferencia en la entropía dentro de ella se hace más grande, lo que a su vez impulsa las cargas eléctricas para fluir más fuertemente a lo largo del gradiente de temperatura, lo que hace que la generación de electricidad sea más eficiente.
Además, las vacantes distorsionan ligeramente la estructura cristalina del material, lo que hace que parte del flujo de carga de flujo normalmente recto se mueva de lado. Esto es similar a la forma en que una rueda de automóvil, cuando se somete a par lateral, cambia su dirección de viaje, lo que finalmente conduce a un aumento sustancial en la eficiencia termoeléctrica transversal.
La mayor importancia de esta investigación es que el rendimiento mejoró dramáticamente no mediante el desarrollo de materiales nuevos complejos y caros, sino simplemente controlando los defectos dentro de los existentes.
El profesor Jin explicó: “Esta estrategia se puede aplicar ampliamente a varios materiales termoeléctricos, lo que hace que las tecnologías de recolección de energía sean más eficientes y prácticas”.
Más información: Min Young Kim et al, Ingeniería de defectos de vacantes de oxígeno para mejora termoeléctrica transversal: una nueva vía extrínseca más allá de los enfoques intrínsecos, la ciencia avanzada (2025). Doi: 10.1002/advs.202502892
Proporcionado por la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang
Cita: los defectos pequeños ofrecen grandes ganancias: el control de las vacantes de oxígeno aumenta la eficiencia termoeléctrica en un 91% (2025, 27 de agosto) Recuperado el 27 de agosto de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-08 Tiny-Defects-Big-Gains-Oxygen.html
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