Un equipo del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), organismo adscrito al Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, ha desarrollado un procedimiento sencillo, sostenible y escalable para fabricar películas delgadas de seleniuro de plata y seleniuro de cobre capaces de convertir diferencias de temperatura en electricidad a temperatura ambiente. El método evita cámaras de vacío y tratamientos a alta temperatura, habituales en técnicas de fabricación más complejas. Entre sus posibles usos se encuentran pequeños generadores termoeléctricos para alimentar sensores autónomos y dispositivos de IoT.
El trabajo, publicado en la revista Materials Today Energy, se basa en el control preciso de la electrodeposición, un proceso electroquímico que recubre un objeto conductor con una capa fina de material mediante corriente eléctrica. Al modificar las condiciones de este proceso, el equipo puede ajustar la composición, la estructura cristalina y la microestructura de los materiales, factores vinculados a su rendimiento termoeléctrico.
Los materiales termoeléctricos generan electricidad a partir de un gradiente térmico mediante el efecto Seebeck. Esta capacidad los sitúa como una opción de interés para recuperar parte del calor residual que se pierde en procesos industriales, equipos domésticos y dispositivos, así como para alimentar sistemas autónomos de pequeña escala.
Electrodeposición a temperatura ambiente
La metodología obtiene las películas a partir de disoluciones acuosas y a temperatura ambiente. Esta vía reduce la necesidad de infraestructuras costosas y de tratamientos térmicos intensivos, lo que abre una ruta de fabricación más simple y con mayor potencial de escalado.
Según una de las investigadoras, la electrodeposición emplea equipos relativamente simples y pequeñas cantidades de reactivos. También permite controlar la composición, la estructura cristalina y la morfología mediante cambios en las condiciones del proceso, una combinación que, según la investigadora, puede facilitar su asimilación por la industria.
Rendimiento termoeléctrico y estabilidad
El estudio ha optimizado el proceso y ha alcanzado valores de rendimiento elevados. En el caso del seleniuro de plata, el factor de potencia obtenido sitúa este material entre los termoeléctricos de tipo n con mayor rendimiento registrados a temperatura ambiente. Para el seleniuro de cobre, los resultados multiplican por cinco las marcas previas logradas mediante electrodeposición.
El equipo también evaluó la reproducibilidad del método con distintas series de muestras preparadas a lo largo de un año. Los resultados se mantuvieron estables dentro del margen de error experimental. Tras ocho meses y 40 ciclos de variación térmica, las propiedades apenas variaron, con cambios del 2% en la conductividad eléctrica y del 6% en el coeficiente Seebeck.
Otra de las investigadoras señala que los resultados muestran el potencial de estos materiales para aplicaciones de aprovechamiento de calor residual. No obstante, apunta que aún es necesario optimizar la arquitectura de los dispositivos y estudiar con más detalle el transporte térmico direccional.
Entre las aplicaciones futuras figuran generadores termoeléctricos compactos para sensores autónomos e internet de las cosas (IoT), sistemas de recuperación de energía en procesos industriales a partir de calor residual y la integración en dispositivos electrónicos portátiles y tecnologías wearable.
El trabajo ha recibido financiación de la Unión Europea a través de la ayuda Consolidator Grant del Consejo Europeo de Investigación (ERC) COOLed, con el número 101087974. El artículo científico está firmado por Elena Pérez-Picazo, M. A. Tenaguillo, K. Lohani, M. Martín-González y C. V. Manzano bajo el título ‘Alto rendimiento termoeléctrico a temperatura ambiente en películas electrodepositadas de Ag₂Se y Cu₂Se mediante control microestructural’.