Un material barocalórico de alta densidad energética podría permitir dispositivos de refrigeración de estado sólido más pequeños y ligeros
Un equipo de investigadores del Instituto de Física del Estado Sólido de los Institutos de Ciencias Físicas de Hefei de la Academia China de Ciencias ha descubierto un efecto barocalórico de alta densidad energética en el conductor superiónico plástico Ag₂Te₁₋ₓSₓ.
Conductor plástico superiónico Ag₂Te₁₋ₓSₓ
TONG Peng
"Este material muestra un rendimiento barocalórico volumétrico muy superior al de la mayoría de los materiales inorgánicos conocidos", afirma el profesor TONG Peng, que dirigió el equipo. "Su alta densidad energética lo hace muy adecuado para dispositivos de refrigeración más pequeños y ligeros."
Los resultados se publicaron en línea en la revista Advanced Functional Materials .
La refrigeración moderna se basa principalmente en sistemas de compresión de vapor, que utilizan refrigerantes con gases de efecto invernadero y ya están cerca de su límite de eficiencia. La refrigeración barocalórica -enfriar aplicando presión a materiales sólidos- ofrece una alternativa más limpia y potencialmente más eficiente. Sin embargo, un factor clave para los dispositivos reales, el cambio volumétrico de entropía, no se ha abordado bien.
Mediante simulación por elementos finitos, el equipo descubrió que reducir el tamaño del recipiente aumenta su capacidad de soportar presión bajo presión, lo que permite reducir el grosor de las paredes y lograr una reducción secundaria del peso. Esto pone de manifiesto la necesidad de materiales de alta densidad energética, aunque la mayoría de los materiales barocalóricos conocidos aún no alcanzan este nivel.
En este estudio, el equipo se centró en una solución sólida densa, Ag₂Te₁₋ₓSₓ. Los experimentos demostraron que, a una presión moderada de sólo 70 MPa, el material produce un cambio de entropía volumétrico reversible de 0,478 J-cm-³-K-¹, el valor más alto registrado hasta ahora para cualquier material barocalórico inorgánico. Su fuerza barocalórica, 6,82 mJ-cm-³-K-¹-MPa-¹, también supera a la mayoría de los sistemas inorgánicos e incluso a materiales orgánicos bien conocidos, como el neopentilglicol.
Los datos de difracción de neutrones revelan la causa de esta respuesta térmica inusualmente fuerte. Cuando se aplica presión, el material experimenta un cambio estructural de una fase cúbica a una monoclínica, acompañado de un cambio de volumen de la red de aproximadamente el 5,4%. Al mismo tiempo, la difusión de iones de plata en el interior de la estructura cambia bruscamente, amplificando aún más el efecto calórico.
El material también presenta varias ventajas prácticas. Conduce el calor relativamente bien y es muy deformable, lo que permite darle forma de gránulos a escala milimétrica o de finas láminas que pueden intercambiar calor eficazmente. Incluso tras fuertes deformaciones, rápidos cambios de temperatura y repetidos ciclos de presión, el rendimiento barocalórico se mantiene estable, lo que constituye una importante señal de fiabilidad para las futuras tecnologías de refrigeración de estado sólido.
Este trabajo presenta una nueva plataforma de materiales que combina efectos barocalóricos volumétricos gigantescos, una buena procesabilidad mecánica y una conductividad térmica relativamente alta, lo que ofrece nuevas posibilidades para las tecnologías de refrigeración ecológica de próxima generación.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Más noticias del departamento ciencias
