Para satisfacer nuestras crecientes necesidades energéticas en un contexto de desarrollo sostenible, los sistemas termoeléctricos podrían desempeñar un papel cada vez más importante en la producción de electricidad a partir de fuentes de calor residual. El efecto termoeléctrico se basa en una diferencia de temperatura entre dos materiales conductores que da lugar a una diferencia de potencial en sus uniones y, por tanto, a una corriente. Este es el efecto Seebeck. Este efecto se aprovecha especialmente en los generadores de “radioisótopos” de las sondas y vehículos exploradores para la exploración del espacio profundo. El proceso opuesto, llamado efecto Peltier y utilizado para enfriar, permite inducir un gradiente de temperatura aplicando una corriente eléctrica a través de los materiales.
Para obtener una buena eficiencia en la conversión de energía térmica en electricidad, los materiales deben tener una conductividad térmica lo más baja posible y una conductividad eléctrica máxima. Científicos del Laboratorio de Cristalografía y Ciencia de los Materiales (CNRS/Universidad de Caen/ENSICAEN) estudian desde hace varios años la estructura cristalina de los materiales sulfurados. Buscan comprender mejor el papel de la estructura en las propiedades eléctricas y térmicas con el objetivo de mejorar el rendimiento termoeléctrico de los materiales y así desarrollar sistemas termoeléctricos capaces de ser utilizados en numerosos campos (construcción, industria, microelectrónica…).
Como parte de la cooperación internacional*, dos estudios publicados en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense Acabo de mostrar cómo la coordinación y la naturaleza de los elementos dentro de la estructura cristalina de los compuestos de sulfuro gobiernan la disposición de la red cristalina, los enlaces químicos, los modos de vibración y en bienpropiedades termoeléctricas.
Para analizar la estructura de los microcristales que componen los materiales sintetizados en el laboratorio CRISMAT, los investigadores utilizaron difracción de precesión electrónica en modo tomografía, una técnica de vanguardia desarrollada en el mismo laboratorio. Esta técnica permite sondear áreas de tan solo unas pocas decenas de nanómetros y analizar en detalle la estructura de los materiales. Los resultados obtenidos, junto con los cálculos teóricos, muestran cómo los enlaces atómicos débiles en estructuras de baja dimensión (1D o 2D) y la fuerte vibración de los átomos influyen en las propiedades. Resultados que permiten establecer qué tipos de red cristalina serían susceptibles de generar bajas conductividades térmicas y altas conductividades eléctricas para desarrollar nuevos materiales termoeléctricos de alto rendimiento. Con nuevas aplicaciones como la recuperación del calor corporal o la climatización más eficiente de los edificios.
* Con el Instituto de Ciencias Químicas de Rennes, el Instituto Jean Lamour de Nancy, China, India y Estados Unidos.
Editor: CCdM
