Ilustración esquemática que muestra el proceso de fabricación de la espuma CNT/BST con varias formas. Efectos del contenido de BST y la temperatura de recocido en las propiedades TE de las espumas CNT/BST. ZT VLAUE altamente mejorado de la espuma CNT/BST en comparación con la espuma de CNT prístina. Crédito: Corea Research Institute of Chemical Technology (KRICT)
Un equipo de investigación coreano ha desarrollado un nuevo material termoeléctrico y generador (TEG) que aprovecha las estructuras de nanotubos de carbono (CNT) similares a la esponja, mejorando las limitaciones de los materiales termoeléctricos orgánicos al tiempo que retiene la flexibilidad. Se espera que el dispositivo resultante sea útil para alimentar sensores portátiles a pequeña escala a través de la recolección de energía térmica.
La investigación se publica en la revista Carbon Energy.
Dirigido por los Dres. Mijeong Han y Young Hun Kang en el Instituto de Investigación de Tecnología Química de Corea (KRICT), el equipo combinó nanotubos de carbono con BI0.45SB1.55TE3 (BST) en una estructura de espuma porosa para maximizar el rendimiento termoeléctrico.
Si bien los materiales termoeléctricos convencionales son típicamente a base de metal y rígidos, el uso de CNT permite un peso ligero y flexibilidad mecánica, aunque los intentos anteriores han resultado en un bajo rendimiento termoeléctrico y una mala durabilidad.
Para superar estos desafíos, el equipo desarrolló una técnica de fabricación patentada que transforma las CNT en espumas a granel en lugar de películas delgadas. Esto se logró calentando y solidificando un molde lleno de polvo para crear una estructura similar a una esponja.
También se desarrolló un método para distribuir de manera uniforme las partículas de BST termoeléctrica dentro de los poros de la espuma, mejorando tanto la estabilidad mecánica como el rendimiento termoeléctrico.
Como resultado, la espuma CNT/BST logró un ZT de 7.8 × 10-3—5.7 veces más alto que la de la espuma de CNT prístina. Cuando se aplica a un generador termoeléctrico flexible y se prueba en un tubo de vidrio a una diferencia de temperatura de 21.8 K, la potencia de salida generada por el dispositivo de 15.7 µW, lo suficiente para operar sensores portátiles.
El teg cóncavo se ajusta a un tubo de vidrio cilíndrico. Voltaje de salida del teg cóncavo con diferentes temperaturas de agua en el tubo de vidrio. El agua fluyó durante 10 sy se detuvo durante 20 s. Distribuciones de temperatura simuladas dentro de las patas TE con flujos de agua caliente y agua fría. Crédito: Corea Research Institute of Chemical Technology (KRICT)
La durabilidad se confirmó a través de pruebas de flexión de 10,000 ciclos, con una pérdida de rendimiento mínima. Además, todo el proceso de fabricación lleva solo cuatro horas, en comparación con más de tres días para los TEG tradicionales basados en CNT, destacando la excelente escalabilidad del material.
El equipo planea mejorar aún más la eficiencia termoeléctrica a través de estrategias de dopaje y objetivos de comercialización para 2030. Las aplicaciones futuras incluyen la integración en los sistemas de gestión térmica para baterías y centros de datos de IA, así como dispositivos electrónicos portátiles y autónomos.
“Este estudio representa un paso adelante significativo en el desarrollo de dispositivos flexibles y autopotencias”, dijeron los investigadores, y agregó que la capacidad de moldeo y la durabilidad del material abren nuevas fronteras en la recolección de energía.
Más información: Myeong Hoon Jeong et al, generador termoeléctrico flexible y de alto rendimiento basado en una espuma robusta de nanotubos de carbono/bisbte, energía de carbono (2024). Doi: 10.1002/cey2.650
Proporcionado por el Consejo Nacional de Investigación de Ciencia y Tecnología
Cita: el generador termoeléctrico de nanotubos de carbono tipo esponja se moldea fácilmente a formas complejas y sensores de potencia (2025, 29 de abril) Recuperado el 29 de abril de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-04 sponge-carbonnanotube-thermoelectric-generator.htmlllllllllllllllll
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