A conversão termoelétrica (TE) oferece geração de energia sem carbono a partir da geotérmica, desperdício, corpo ou calor solar, e mostra a promessa de ser a tecnologia de conversão de energia da próxima geração. No centro de tal conversão TE, ali está um dispositivo termoelétrico de estado sólido que permite a conversão de energia sem a emissão de ruído, vibrações, ou poluentes. Para isso, uma equipe de pesquisa da POSTECH propôs uma maneira de projetar o dispositivo termoelétrico de próxima geração que exibe um processo de fabricação e estrutura notavelmente simples em comparação com os convencionais, enquanto exibe eficiência de conversão de energia aprimorada usando o efeito spin Seebeck (SSE).

Uma equipe de pesquisa conjunta da POSTECH - liderada pelo professor Hyungyu Jin e Ph.D. o candidato Min Young Kim do Departamento de Engenharia Mecânica com o Professor Si-Young Choi do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais - conseguiu projetar um dispositivo termoelétrico altamente eficiente, otimizando as propriedades do interior e da superfície do material magnético que faz o dispositivo termoelétrico SSE. Este é um estudo pioneiro para mostrar a possibilidade de fabricar um dispositivo termoelétrico de última geração utilizando o SSE, que permaneceu na pesquisa fundamental. Essas descobertas da pesquisa foram publicadas recentemente na edição online da Energia e Ciência Ambiental , uma revista acadêmica internacional na área de energia.

Dispositivos TE convencionais dependem do efeito Seebeck de carga, um efeito termoelétrico em que uma corrente de carga é gerada na direção paralela a um gradiente de temperatura aplicado em um material sólido. Esta geometria longitudinal complica a estrutura do dispositivo e limita a fabricação de tais dispositivos TE.

A equipe de pesquisa fabricou uma ferrita de níquel (NFO) - dispositivo SSE de bicamada de platina (Pt) pensando fora da caixa - eles perceberam que a estrutura do dispositivo pode ser simplificada utilizando o efeito TE transversal, onde uma corrente de carga é gerada na direção perpendicular ao gradiente de temperatura aplicado. Quando um gradiente de temperatura é aplicado na direção da altura do dispositivo, a corrente de spin gerada no material magnético NFO é transferida para a interface entre NFO e Pt, injetado no Pt, em seguida, convertido em corrente elétrica dentro do Pt. A corrente gerada neste momento flui em uma direção perpendicular ao gradiente de temperatura aplicado. Usando este SSE, é possível construir uma estrutura de dispositivo que seja mais simples e mais fácil de aumentar em comparação com dispositivos termoelétricos convencionais.

Para utilizar o dispositivo SSE, requer melhorias dramáticas na estrutura e eficiência. Para isso, a equipe de pesquisa desenvolveu um método simples de tratamento térmico para melhorar a eficiência do dispositivo termoelétrico NFO-Pt. Foi descoberto por meio de uma observação usando microscopia eletrônica de transmissão de varredura, que uma microestrutura única pode ser formada dentro do material NFO, aquecendo-o a uma alta temperatura de 1200 ° C ou superior por um determinado período, em seguida, aquecimento a uma temperatura mais alta por um determinado período de tempo, em seguida, resfriamento. Além disso, a equipe também confirmou que a mesma técnica de tratamento térmico também pode melhorar significativamente a qualidade da interface entre NFO e Pt. Finalmente, foi demonstrado que esses dois efeitos podem melhorar muito a eficiência termoelétrica do dispositivo.

"Neste estudo, explicamos e apresentamos os princípios por trás da fabricação do dispositivo TE de próxima geração com uma estrutura muito mais simples do que os convencionais usando o SSE e um método que pode melhorar drasticamente sua eficiência por meio de uma técnica simples de tratamento térmico, "comentou o professor Hyungyu Jin, que liderou o estudo. Ele acrescentou:"Se isso levar ao desenvolvimento de dispositivos TE altamente eficientes no futuro, ele mostra a promessa de contribuir, em última instância, para mitigar os desafios energéticos e climáticos. "