Un equipo del CSIC logra un método de fabricación de materiales termoeléctricos baratos, ligeros y resistentes compuestos de plata y selenio con los que se puede desarrollar dispositivos que generan electricidad a partir del calor corporal.
Un equipo de investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha desarrollado una nueva técnica de fabricación de capas delgadas de materiales termoeléctricos relativamente baratos, ligeros, flexibles y resistentes con capacidad de recubrir grandes áreas. Su trabajo experimental, publicado en la revista Advanced Energy Materials, abre la vía al desarrollo de dispositivos que generen electricidad a partir del calor humano para alimentar electrónica portátil personal.
“Se trata de un compuesto de plata y selenio de estructura laminar con alta eficiencia en la conversión del calor en energía eléctrica a temperaturas cercanas al ambiente”, explica la investigadora Marisol Martín González, que lidera el grupo del Instituto de Micro y Nanotecnología del CSIC en Madrid que ha realizado esta investigación.
“Investigaciones en la nanoescala (1 nanómetro es 100.000 veces menor que el diámetro de un cabello humano) permiten concebir dispositivos termo-eléctricos miniaturizados de funcionamiento mucho más eficiente que los actuales y capaces de calentar o enfriar pequeños sistemas sin necesidad de refrigerantes químicos o de compresores que necesitan partes móviles”, argumenta Martín González.
“Imaginemos poder convertir en electricidad el calor residual de calefacción de nuestros hogares, o incluso el de nuestro cuerpo, para alimentar sistemas integrados de bajo consumo sin baterías”, concluye.
No es la primera investigación que trata de obtener electricidad a partir del calor humano. Otro ejemplo es ” el trabajo “Generadores termoeléctricos portátiles para la captación de calor del cuerpo humano” realizado en 2016 por Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte y publicado en la revista Applied Energy.
Los prototipos experimentales que desarrollaron en su investigación son livianos, se ajustan a la forma del cuerpo y pueden generar mucha más electricidad que las tecnologías de captación de calor ligeras anteriores, explica la Universidad en un comunicado.
Electricidad a partir del calor corporal
Los generadores que idearon “generan electricidad haciendo uso de la diferencia de temperatura entre su cuerpo y el aire ambiente“, según Daryoosh Vashaee, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática en la citada Universidad y autor correspondiente de un documento sobre el trabajo. “Los enfoques anteriores ya sea hecho uso de disipadores de calor – que son pesados, rígidos y voluminosos – o fueron capaces de generar sólo una microwatt o menos de la potencia por centímetro cuadrado (mW / cm 2 ). Nuestra tecnología genera hasta 20 µW / cm 2 y no utiliza un disipador de calor, por lo que es más ligero y mucho más cómoda“, explicó.
El nuevo diseño comienza con una capa de material térmicamente conductivo que descansa sobre la piel y extiende el calor. El material conductor está cubierto con una capa de polímero que evita que el calor se disperse al aire exterior. Esto obliga al calor del cuerpo a pasar a través de un TEG centralmente ubicado que es de un cm 2. El calor que no se convierte en electricidad pasa a través del TEG a una capa externa de material térmicamente conductivo, que disipa rápidamente el calor. Todo el sistema es delgado, solo 2 milímetros, y flexible, prosigue el comunicado.
“En este prototipo, el TEG tiene solo un centímetro cuadrado, pero podemos hacerlo más grande fácilmente, dependiendo de las necesidades de energía de un dispositivo”, señaló Vashaee, quien trabajó en el proyecto como parte del Centro de Investigación de Ingeniería de Nanosistemas de Advanced Science Foundation para Advanced Sistemas autoamplificados de sensores integrados y tecnologías (ASSIST) en NC State.
Los investigadores también descubrieron que la parte superior del brazo era la ubicación óptima para la cosecha de calor. “Mientras que la temperatura de la piel es más alta alrededor de la muñeca, el contorno irregular de la muñeca limita el área de contacto de la superficie entre la banda del TEG y la piel. Mientras tanto, usar la banda en el pecho limita el flujo de aire, lo que limita la disipación de calor, ya que el cofre normalmente está cubierto por una camisa“, dice la nota de prensa.
Además, los investigadores incorporaron el TEG en camisetas. Los investigadores encontraron que los TEG de camiseta todavía podían generar 6 µW/cm2 , o tanto como 16 µW/cm2 si una persona está corriendo. “Los TEG de camiseta son ciertamente viables para impulsar tecnologías vestibles, pero simplemente no son tan eficientes como las bandas de los brazos superiores“, indicó Vashaee.
