Un futuro autónomo depende de la reutilización del calor residual
El creciente interés por la inteligencia artificial ha puesto en el punto de mira los dispositivos electrónicos de baja potencia autoalimentados o autónomos. El calor residual, un subproducto de todos los procesos termodinámicos, es una valiosa fuente de energía sin aprovechar. Los materiales piroeléctricos pueden emplear este calor residual y convertirlo en electricidad útil. «Dada la complejidad de desarrollar nuevos materiales de recolección piroeléctrica de baja temperatura y las limitadas propiedades mecánicas de los monocristales, actualmente las aplicaciones son limitadas», explica el director del proyecto HEAPPs, el profesor Chris Bowen. La iniciativa HEAPPs, financiada con fondos europeos, se propuso abordar tales limitaciones desarrollando nuevos materiales piroeléctricos de alta calidad con una temperatura operativa elevada y buenas propiedades mecánicas. Los investigadores desarrollaron los materiales prestando especial atención a ciertas propiedades físicas importantes de los materiales piroeléctricos. Recolección piroeléctrica «El objetivo era desarrollar nuevos materiales con un elevado coeficiente piroeléctrico, combinado con una baja permitividad y capacitancia térmica, para lograr una recolección piroeléctrica de buena calidad», comenta el profesor Bowen. Los investigadores comprendieron que deberían emplear la porosidad para disminuir la permitividad y la capacitancia térmica, lo cual después reduciría el coeficiente piroeléctrico. «Comprender esta compleja relación entre tales propiedades nos ha permitido desarrollar un novedoso material piroeléctrico», señala el profesor. Algunos requisitos importantes de la recolección piroeléctrica son un elevado coeficiente piroeléctrico, una alta resistencia, una constante dieléctrica baja y una pérdida dieléctrica reducida. El equipo empleó un método llamado «ice templating» (plantillas de hielo) para producir una estructura de poros firmemente alineada y barata. Se toparon con ciertos desafíos, como el hecho de que la estructura de poros alineada provocaba que las propiedades del material piroeléctrico variasen considerablemente. Miembros del proyecto, entre los que se encuentra el doctor Yan Zhang, desarrollaron un material que producía energía piroeléctrica con un tamaño relativamente reducido en la escala de microvatios, algo inesperado dado que la fluctuación de temperatura era limitada. «Ahora estamos intentando utilizar este enfoque en aplicaciones donde no existan otras fuentes de energía para electrónica de baja potencia», explica el profesor Bowen. Nuevas vías hacia la producción de hidrógeno Este material también abre la posibilidad de producir hidrógeno con nuevos métodos, dado que el efecto piroeléctrico se puede emplear con variaciones en tiempo y temperatura para producir hidrógeno a partir del calor residual. «Dado que la combinación de dispositivos de recolección de energía con sistemas electromecánicos se está convirtiendo en un tema candente, nos proponemos estudiar la separación piroelectrocatalítica de agua para generar hidrógeno». El profesor Bowen considera que la recolección de energía piroeléctrica del entorno ambiente es una tecnología extremadamente prometedora para los futuros dispositivos electrónicos autoalimentados y autónomos. Esto tiene el potencial de combinar un material de recolección de energía activo con el almacenamiento en baterías para aplicaciones como el tratamiento de aguas residuales.
Palabras clave
HEAPPs, piroelectricidad, energía, calor residual, autoalimentado, estructura de poros alineada, recolección de energía, dispositivos electrónicos
