Un equipo del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), organismo adscrito al Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, ha desarrollado un procedimiento sencillo y escalable para fabricar películas delgadas de seleniuro de plata y seleniuro de cobre capaces de convertir diferencias de temperatura en electricidad a temperatura ambiente.
El método permite obtener materiales termoeléctricos de alta eficiencia mediante electrodeposición, un proceso electroquímico que recubre un objeto conductor con una capa delgada de metal utilizando corriente eléctrica. El trabajo ha sido publicado en la revista ‘Materials Today Energy’.
La investigación demuestra que el ajuste de las condiciones de electrodeposición permite modificar la composición, la estructura cristalina y la microestructura de estos materiales. Ese control mejora de forma significativa su capacidad para transformar un gradiente térmico en electricidad mediante el efecto Seebeck.
Fabricación termoeléctrica a temperatura ambiente
La principal aportación del procedimiento es que las películas se obtienen a partir de disoluciones acuosas y a temperatura ambiente. De este modo, se evita recurrir a cámaras de vacío o a tratamientos a alta temperatura, habituales en técnicas de fabricación más complejas y costosas.
Una de las investigadoras señala que la electrodeposición se realiza con equipos relativamente simples y con pequeñas cantidades de reactivos. También destaca que el proceso permite ajustar la composición, la estructura cristalina y la morfología de los materiales mediante la modificación de sus condiciones de fabricación, lo que la sitúa como una alternativa con potencial para avanzar hacia una producción más escalable y asumible por la industria.
Los materiales termoeléctricos resultan de interés para recuperar parte del calor que se pierde en procesos y dispositivos. Entre las aplicaciones apuntadas por el estudio figuran el aprovechamiento de calor residual industrial y doméstico, así como el desarrollo de dispositivos autónomos de pequeña escala.
Resultados estables en seleniuro de plata y cobre
El estudio ha optimizado el proceso y ha alcanzado valores de rendimiento elevados. En el caso del seleniuro de plata, el factor de potencia obtenido sitúa este material entre los termoeléctricos de tipo n con mayor rendimiento registrados a temperatura ambiente. En el seleniuro de cobre, los resultados multiplican por cinco las marcas previas logradas mediante electrodeposición.
El equipo también evaluó la reproducibilidad del procedimiento con distintas series de muestras preparadas a lo largo de un año. Los resultados se mantuvieron estables dentro del margen de error experimental.
Tras ocho meses y 40 ciclos de variación térmica, las propiedades de los materiales apenas registraron cambios. La conductividad eléctrica varió solo un 2% y el coeficiente Seebeck, un 6%. Otra de las investigadoras indica que los resultados muestran el potencial de estos materiales para aplicaciones vinculadas al aprovechamiento del calor residual. No obstante, apunta que aún es necesario optimizar la arquitectura de los dispositivos y analizar con mayor detalle el transporte térmico direccional.
Entre las posibles aplicaciones futuras se incluyen generadores termoeléctricos compactos para sensores autónomos e internet de las cosas (IoT), la recuperación de energía en procesos industriales a partir de calor residual y la integración de estos materiales en dispositivos electrónicos portátiles y tecnologías wearable.
El trabajo ha contado con financiación de la Unión Europea a través de la ayuda de consolidación del Consejo Europeo de Investigación (ERC) COOLed, con número 101087974. La referencia científica del estudio corresponde a Elena Pérez-Picazo, M. A. Tenaguillo, K. Lohani, M. Martín-González y C. V. Manzano, con el artículo ‘Alto rendimiento termoeléctrico a temperatura ambiente en películas electrodepositadas de Ag₂Se y Cu₂Se mediante control microestructural’.