O calor residual é uma fonte promissora de conservação e reutilização de energia, por meio da conversão desse calor em eletricidade – um processo chamado conversão termoelétrica. Dispositivos de conversão termoelétrica comercialmente disponíveis são sintetizados usando metais raros. Embora sejam bastante eficientes, são caros e, na maioria dos casos, utilizam materiais tóxicos. Esses dois fatores levaram a que esses conversores fossem de uso limitado. Uma das alternativas são os materiais termoelétricos à base de óxidos, mas a principal desvantagem é a falta de evidência de sua estabilidade em altas temperaturas.
Uma equipe liderada pelo professor Hiromichi Ohta, do Instituto de Pesquisa em Ciência Eletrônica da Universidade de Hokkaido, sintetizou um conversor termoelétrico de óxido de cobalto de bário que é reprodutivelmente estável e eficiente em temperaturas de até 600°C. As descobertas da equipe foram publicadas na revista ACS Applied Materials &Interfaces .

A conversão termoelétrica é acionada pelo efeito Seebeck:quando há uma diferença de temperatura em um material condutor, uma corrente elétrica é gerada. No entanto, a eficiência da conversão termoelétrica é dependente de uma figura chamada de valor termoelétrico de mérito ZT. Historicamente, os conversores à base de óxido tinham um ZT baixo, mas pesquisas recentes revelaram muitos candidatos que têm ZT alto, mas sua estabilidade em altas temperaturas não foi bem documentada.

O grupo de Hiromichi Ohta vem trabalhando em filmes de óxido de cobalto em camadas há mais de duas décadas. Neste estudo, a equipe procurou examinar a estabilidade térmica e química desses filmes, bem como medir seus valores de ZT, em altas temperaturas. Eles testaram filmes de óxido de cobalto em camadas com sódio, cálcio, estrôncio ou bário, analisando sua estrutura, resistividade e condutividade térmica.

Eles descobriram que das quatro variantes, o filme em camadas de óxido de cobalto de bário manteve sua estabilidade em termos de integridade estrutural e resistividade elétrica em temperaturas tão altas quanto 600°C. Em comparação, os filmes de óxido de cobalto de sódio e cálcio foram estáveis ​​apenas até 350°C, e o filme de óxido de cobalto de estrôncio foi estável até 450°C. A ZT do filme de óxido de bário e cobalto aumentou com a temperatura, chegando a ~0,55 a 600°C, comparável a alguns conversores termoelétricos comercialmente disponíveis.

"Nosso estudo mostrou que filmes de óxido de bário e cobalto seriam excelentes candidatos para dispositivos de conversão termoelétrica de alta temperatura", disse Hiromichi Ohta. "Além disso, eles são ecologicamente corretos, oferecendo potencial para ampla implantação." + Explorar mais

Pesquisadores desenvolvem óxido de cobalto em camadas com uma figura de mérito termoelétrica recorde