Hoy en día, una parte de las tecnologías emergentes más fascinantes son aquellas destinadas a producir energía. Literalmente debajo de nuestros pies hay una fuente de energía enorme, permanente y sin explotar: la energía geotérmica.
Esta energía se deriva del calor de la Tierra y su producción requiere dispositivos que puedan hacer uso del calor dentro de la corteza terrestre. En este sentido, un equipo de investigadores del Instituto de Tecnología de Tokio y Sanoh Industrial, ha desarrollado un nuevo tipo de batería que puede convertir directamente la energía térmica en electricidad.
Otro enfoque
La mayoría de los sistemas geotérmicos funcionan con agua calentada por el calor de las rocas que se encuentran a unos pocos kilómetros por debajo de la superficie de la Tierra. Esa agua está presente de forma natural y se bombea a la superficie. Para funcionar, tales sistemas necesitan altas temperaturas, más de 180 grados Celsius, y no necesariamente escalan tan bien.
Pero los investigadores japoneses detrás del nuevo estudio informan que tienen un método más directo. Su diseño está formado por celdas térmicas sensibilizadas (STC), que pueden generar electricidad a temperaturas por debajo de los 100 grados, sin necesidad de un transportador de suelo intermedio como el agua o el vapor.
La STC es una batería compuesta por tres capas de material intercaladas entre dos electrodos. Hay una capa de transporte de electrones (ETM), una capa semiconductora de germanio y una capa de electrolito sólido que transporta iones de cobre. Esta batería está diseñada para ser enterrada en el suelo caliente.
La idea es que el calor en el suelo excita los electrones en el semiconductor, lo que hace que se transfieran al ETM. Eso, a su vez, los pasa a través del electrodo a través de un circuito externo y finalmente regresa al otro electrodo y al electrolito. Allí, se producen las reacciones de oxidación y reducción (redox), lo que lleva electrones de baja energía de vuelta al semiconductor, comenzando el ciclo nuevamente.
Enterrada en una fuente de calor
Una cuestión de la que el equipo no estaba seguro inicialmente era por cuánto tiempo podría mantener el ciclo el dispositivo STC, o incluso si podría seguir funcionando indefinidamente. Pero durante las pruebas, encontraron su respuesta: eventualmente, el ciclo se seca cuando las reacciones redox lo hacen, porque los diferentes tipos de iones de cobre terminaron en diferentes lugares.
Pero curiosamente, el equipo se sorprendió al encontrar que la batería podría solucionar este problema, siempre y cuando esté enterrada en una fuente de calor. Entonces es cuestión de encender el circuito externo por un tiempo para recargarlo. Esto, dice el equipo, podría permitir que la batería suministre energía “semi-permanentemente”.
Los investigadores señalan que con este diseño, el calor, generalmente considerado como energía de baja calidad, se convertiría en una gran fuente de energía renovable, sin temor a la radiación, a los altos costos asociados al petróleo, ni a la inestabilidad en su generación, como cuando se depende del sol o del viento.
Aunque el equipo afirma que el diseño necesita mejoras, esperan que pronto se una a las opciones de energía renovable.
Referencia: A sensitized thermal cell recovered using heat. Journal of Materials Chemistry A, 2019. https://doi.org/10.1039/C9TA04060A
