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Energia

Terras raras elevam eficiência de material termoelétrico em 25%

Redação do Site Inovação Tecnológica - 18/03/2011

Terras raras elevam eficiência de material termoelétrico em 25%
Placa de Peltier, usada para em refrigeração de estado sólido.
[Imagem: Wikipedia]

Pesquisadores do Laboratório Ames, nos Estados Unidos, alcançaram uma melhoria surpreendente de 25% no rendimento dos materiais termoelétricos.

Calor em eletricidade

Materiais termoelétricos são capazes de converter diferenças de temperatura diretamente em eletricidade - um fenômeno conhecido como efeito Seebeck - e, inversamente, convertem a eletricidade diretamente em diferenciais de temperatura - um fenômeno conhecido como efeito Peltier.

Todas as usinas termoelétricas transformam calor em eletricidade, seja o calor da queima de carvão, gás natural, biomassa ou mesmo o calor gerado pelo decaimento de substâncias radioativas, como acontece nas usinas nucleares.

Nessas usinas, contudo, o calor é usado para gerar vapor d'água, que é usado para gerar uma turbina, que por sua vez aciona um gerador, que finalmente produz a eletricidade.

O material termoelétrico - uma chapa sólida feita com uma liga metálica especial - elimina todos esses passos, transformando diretamente o calor em eletricidade.

E, usando o efeito Peltier, eles são usados para a construção de geladeiras de estado sólido, que dispensam motores, compressores e tubulações de gás.

Eficiência dos materiais termoelétricos

O grande problema é que os materiais termoelétricos ainda são ineficientes.

A NASA gosta muito deles para uso no espaço, onde os ganhos em simplicidade e peso superam largamente as perdas com a ineficiência - sondas como Voyager, Pioneer, Galileo, Cassini e Viking, todas tiraram ou tiram proveito dos efeitos Seebeck e Peltier.

Mas aplicações mais terrenas ainda estão na agenda. Por exemplo, o calor desperdiçado pelo motor de um carro pode ser convertido em eletricidade para recarregar as baterias ou mesmo para substituir os alternadores.

Um dos grupos mais bem estudados entre os materiais termoelétricos é chamado TAGS, uma sigla com a inicial do símbolo químico dos elementos usados para formar a liga: telúrio, antimônio, germânio e prata.

Terras raras

Agora, a equipe do Dr. Evgenii Levin descobriu que a adição de apenas 1% de um elemento do grupo das terras raras - cério ou itérbio - melhora o desempenho do material termoelétrico TAGS em 25%.

As razões para tamanha melhoria ainda estão por ser entendidas, mas os cientistas teorizam que a quantidade mínima do elemento de terras raras é suficiente para afetar a estrutura cristalina da liga, otimizando seu efeito Seebeck.

É sobre isso que eles vão se debruçar agora: quando descobrirem o que exatamente causa o efeito, eles poderão encontrar formas de ampliá-lo ou de procurar por outros elementos ou compostos capazes de aumentar ainda mais o efeito termoelétrico.

Em última instância, o grupo quer descobrir qual é a estrutura cristalina de um material termoelétrico "ideal" - onde ideal significa uma eficiência em torno dos 20%, um nível que se acredita suficiente para viabilizar aplicações industriais e domésticas.

Bibliografia:

Artigo: Analysis of Ce- and Yb-Doped TAGS-85 Materials with Enhanced Thermoelectric Figure of Merit
Autores: E.M. Levin, B.A. Cook, J.L. Harringa, S. L. Bud'ko, R. Venkatasubramanian, K. Schmidt-Rohr
Revista: Advanced Functional Materials
Data: February 8, 2011
Vol.: 21, Issue 3, pages 441-447
DOI: 10.1002/adfm.201001307






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