10.11.2022 - Angewandte Chemie

Los cristales generan electricidad a partir del calor

Un mineral de sulfuro sintético con propiedades termoeléctricas

Para convertir el calor en electricidad, materiales fácilmente accesibles a partir de materias primas inocuas abren nuevas perspectivas en el desarrollo de los llamados materiales termoeléctricos, seguros y baratos. Un mineral de cobre sintético adquiere una estructura y microestructura complejas mediante simples cambios en su composición, sentando así las bases de las propiedades deseadas, según un estudio publicado en la revista Angewandte Chemie.

El nuevo material sintético está compuesto por cobre, manganeso, germanio y azufre, y se produce mediante un proceso bastante sencillo, explica el científico de materiales Emmanuel Guilmeau, investigador del CNRS en el laboratorio CRISMAT de Caen (Francia), que es el autor correspondiente del estudio. "Los polvos simplemente se alean mecánicamente mediante molienda de bolas para formar una fase precristalizada, que luego se densifica a 600 grados Celsius. Este proceso puede ampliarse fácilmente", afirma.

Los materiales termoeléctricos convierten el calor en electricidad. Esto es especialmente útil en procesos industriales en los que el calor residual se reutiliza como valiosa energía eléctrica. El enfoque inverso es la refrigeración de piezas electrónicas, por ejemplo, en smartphones o coches. Los materiales utilizados en este tipo de aplicaciones tienen que ser no sólo eficientes, sino también baratos y, sobre todo, seguros para la salud.

Sin embargo, los dispositivos termoeléctricos utilizados hasta ahora recurren a elementos caros y tóxicos como el plomo y el telurio, que son los que ofrecen una mayor eficiencia de conversión. Para encontrar alternativas más seguras, Emmanuel Guilmeau y su equipo han recurrido a derivados de minerales sulfurosos naturales a base de cobre. Estos derivados minerales están compuestos principalmente por elementos no tóxicos y abundantes, y algunos de ellos tienen propiedades termoeléctricas.

Ahora, el equipo ha conseguido producir una serie de materiales termoeléctricos que muestran dos estructuras cristalinas dentro del mismo material. "Nos sorprendió mucho el resultado. Normalmente, cambiar ligeramente la composición tiene poco efecto sobre la estructura en esta clase de materiales", dice Emmanuel Guilmeau al describir su descubrimiento.

El equipo descubrió que la sustitución de una pequeña fracción de manganeso por cobre producía microestructuras complejas con nanodominios interconectados, defectos e interfaces coherentes, que afectaban a las propiedades de transporte de electrones y calor del material.

Emmanuel Guilmeau afirma que el nuevo material producido es estable hasta los 400 grados centígrados, un rango que entra dentro de la gama de temperaturas del calor residual de la mayoría de las industrias. Está convencido de que, a partir de este descubrimiento, podrían diseñarse nuevos materiales termoeléctricos más baratos y no tóxicos para sustituir a otros más problemáticos.

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