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Novo material revoluciona reaproveitamento de calor para gerar eletricidade

Um time de cientistas no Japão descobriu uma alternativa eficiente de material mais barato para realizar a conversão termoelétrica e reaproveitar o calor residual, que normalmente seria desperdiçado e dissipado, a fim de produzir energia de uma forma menos agressiva ao meio-ambiente.

O processo é importante, já que até hoje, conversores termoelétricos, apesar de eficientes, eram produzidos com metais raros, o que os tornam caros e, em muitos casos, tóxicos. Os dois fatores combinados limitavam a utilização da tecnologia.

A solução de Hiromichi Ohta e sua equipe da Universidade de Hokkaido utiliza um conversor termoelétrico de óxido de bário-cobalto que se mostrou bastante estável e funcional mesmo em temperaturas de até 600°C.

Estrutura cristalina do filme de óxido de bário-cobalto à esquerda e o filme em si à direita (Imagens: ACS Applied Materials & Interfaces e Hiromichi Ohta)
Estrutura cristalina do filme de óxido de bário-cobalto à esquerda e o filme em si à direita (Imagens: ACS Applied Materials & Interfaces e Hiromichi Ohta)

Para entender o feito, é importante entender sobre o processo de conversão termoelétrica. Nesta situação, a corrente elétrica é gerada quando há uma diferença de temperatura em um material condutor, o que é conhecido como Efeito Seebeck. No entanto, alguns materiais são mais eficientes em transformar essa diferença em eletricidade do que outros. Essa métrica é chamada de figura de mérito termoelétrica, ou ZT.

Até então, materiais baseados em óxidos haviam demonstrado uma ZT baixa, o que os tornaria pouco eficientes. Pesquisas mais recentes até conseguiram demonstrar uma boa eficiência com estes materiais, mas havia questionamentos sobre a estabilidade em temperaturas mais altas.

A equipe de Ohta, então, que já estuda filmes de óxido de cobaldo há duas décadas, se propôs a analisar a combinação com outros elementos e medir os valores ZT. Foram experimentados sódio, cálcio, estrôncio e bário. Este último se provou a melhor alternativa.

ZT dos filmes com bário continuaram subindo até 600°C, ao contrário das demais opções (Imagem: ACS Applied Materials & Interfaces)
ZT dos filmes com bário continuaram subindo até 600°C, ao contrário das demais opções (Imagem: ACS Applied Materials & Interfaces)

Durante os testes, o óxido de bário-cobalto se manteve estável e manteve sua integridade e estrutural e suas características elétricas mesmo em temperaturas de 600°C, com uma ZT de aproximadamente 0,55 a essa temperatura, comparável a outros conversores comercialmente disponíveis mais caros e tóxicos.

“Nosso estudo demonstrou que filmes de óxido de bário-cobalto seriam excelentes candidatos para dispositivos de conversão termoelétrica em altas temperaturas. Eles ainda são amigáveis ao meio ambiente, o que lhes dá potencial para ampla utilização”, diz Ohta.

As demais opções se mostraram inferiores: as de sódio e e cálcio resistiram apenas até 350°C, enquanto a de estrôncio se degradou a partir de 450°C.

Fonte: Canaltech

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