Uma equipe de pesquisadores liderada pela Universidade de Osaka desenvolveu um módulo de gerador termoelétrico flexível em grande escala (FlexTEG) de baixo custo com alta confiabilidade mecânica para geração de energia altamente eficiente. Por meio de uma mudança na direção dos eletrodos superiores nos dois lados do módulo e o uso de embalagem de alta densidade de chips semicondutores, o módulo FlexTEG tem mais flexibilidade em qualquer direção uniaxial. Esta eficiência melhorada de recuperação, ou conversão termoelétrica, de calor residual de uma fonte de calor curva, aumentando a confiabilidade mecânica do módulo, pois menos estresse mecânico é colocado nos chips semicondutores no módulo.

Os resultados da pesquisa da equipe foram publicados em Tecnologias de Materiais Avançadas .

Diz-se que a Sociedade 5.0, uma sociedade superinteligente em que nosso espaço de vida será conectado em rede por várias tecnologias de IoT (Internet das Coisas), virá em um futuro próximo. Um sistema de geração termoelétrica para gerar energia de forma permanente, recuperando de forma eficiente a energia de calor residual emitida no meio ambiente é um meio eficaz de conservar o meio ambiente global e economizar energia, e a pesquisa para a aplicação desse sistema a fontes de energia para dispositivos IoT de próxima geração tem ganhado atenção.

A tecnologia de conversão termoelétrica converte diretamente a energia térmica em energia elétrica, e vice versa. Uma vez que permite a conversão de energia de acordo com a diferença de temperatura, mesmo que a diferença seja pequena, esta tecnologia de próxima geração contribuirá para a captação de energia, um processo que captura pequenas quantidades de energia que de outra forma seriam perdidas.

A conversão termoelétrica é uma das técnicas mais adequadas para converter calor residual de baixa temperatura (150 ° C ou inferior) em energia elétrica, levando ao desenvolvimento de sistemas de geração de energia usando o módulo TEG. Contudo, uma vez que ainda não foi estabelecida a técnica de empacotamento de módulos de geração termelétrica que podem operar na faixa de 100-150 ° C, a tecnologia de geração termoelétrica para essa faixa ainda não teve uso prático. Além disso, o custo de produção dos módulos para geração de energia em temperatura ambiente era tão alto que as aplicações da tecnologia se limitavam a áreas específicas, como aplicações no espaço.

Ao montar pequenos chips semicondutores termoelétricos (TE) em um substrato flexível em alta densidade de embalagem, os pesquisadores alcançaram adesão confiável e estável com contatos elétricos entre os chips e o substrato flexível, realizando a recuperação eficiente (conversão termoelétrica) do calor residual. Em módulos convencionais de conversão termoelétrica não flexível, os eletrodos superiores nos dois lados foram montados perpendicularmente aos outros eletrodos superiores, portanto, a curvatura do módulo foi limitada. Contudo, neste módulo FlexTEG, todos os eletrodos superiores foram integrados em paralelo, fornecendo flexibilidade quando dobrado em qualquer direção uniaxial. Isso reduziu o estresse mecânico nos chips, melhorando a confiabilidade mecânica (física) do módulo FlexTEG.

O autor principal, Tohru Sugahara, diz:"Por causa da resistência ao calor de todos os materiais de embalagem de semicondutores (até cerca de 150 ° C) e flexibilidade mecânica do módulo, nosso módulo FlexTEG será usado como um módulo gerador termoelétrico de conversão para calor residual de 150 ° C ou menos. Sua técnica de montagem é baseada em técnicas convencionais de empacotamento de semicondutores, portanto, a produção em massa e a redução de custos dos módulos de conversão termelétrica são esperadas. "