Método Innovador para Recoger de Manera Eficiente el Calor de Baja Temperatura para la Energía

Investigadores de UNIST y Nanyang Technological University han desarrollado un sistema de Ciclo Electroquímico Termorregenerativo (TREC, por sus siglas en inglés), ofreciendo un enfoque novedoso para convertir el calor de baja calidad en energía utilizable. Este sistema, mejorado mediante la comprensión del papel de los modos de vibración estructural, particularmente en las moléculas de agua, muestra potencial para mejorar la conversión de energía a partir de pequeñas diferencias de temperatura. Avances como estos en los sistemas TREC podrían revolucionar el uso de calor de baja calidad en tecnologías portátiles y baterías secundarias.

Un innovador sistema TREC desarrollado por un equipo de investigadores convierte eficientemente el calor de baja calidad en energía, aprovechando los modos de vibración estructural. Este avance podría transformar la conversión de energía en tecnologías portátiles y baterías secundarias.

Un equipo de investigadores, dirigido conjuntamente por el profesor Hyun-Wook Lee y el profesor Dong-Hwa Seo de la Escuela de Energía e Ingeniería Química del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan (UNIST), en colaboración con el profesor Seok Woo Lee de la Universidad Tecnológica de Nanyang en Singapur, ha logrado avances significativos en la aprovechamiento de fuentes de calor de baja calidad (<100 °C) para una conversión eficiente de energía. Su trabajo innovador se centra en el desarrollo de un sistema TREC termoquímico electroquímico altamente eficiente capaz de convertir pequeñas diferencias de temperatura en energía utilizable.

Figura 1. Esquema que muestra los diferentes mecanismos de una batería y un sistema TREC. Mientras que el sistema de la batería (izquierda) pierde parte de la energía almacenada como energía no utilizada, el sistema TREC (derecha) puede convertir el calor de baja calidad en energía electroquímica durante el ciclo de la batería. Crédito: UNIST

Los sistemas convencionales de aprovechamiento de energía enfrentan desafíos cuando se trata de utilizar eficazmente fuentes de calor de baja calidad. Sin embargo, los sistemas TREC ofrecen una solución atractiva ya que integran la funcionalidad de una batería con capacidades de aprovechamiento de energía térmica. En este estudio, el equipo de investigación profundizó en el papel de los modos de vibración estructural para mejorar la eficacia de los sistemas TREC.

Al analizar cómo los cambios en la unión covalente influyen en los modos de vibración, afectando específicamente a las moléculas estructurales de agua, los investigadores descubrieron que incluso pequeñas cantidades de agua inducen fuertes vibraciones estructurales dentro del modo de estiramiento A1g de los ligandos de cianuro. Estas vibraciones contribuyen sustancialmente a un coeficiente de temperatura (ɑ) más grande dentro de un sistema TREC. Basándose en estos conocimientos, el equipo diseñó e implementó un sistema TREC altamente eficiente utilizando un electrolito acuoso basado en iones de sodio.

Figura 2. Principio de TREC y efecto de las moléculas de agua en una estructura PBA. (Arriba) Efecto de la eliminación de las moléculas de agua en la estructura CuHCFe y la variación covalente (-ICOHP/eV). Se presentan los valores promedio de -ICOHP de los enlaces Cu─N y Fe─C y la desviación estándar (SD) de los valores de -ICOHP de los 6 enlaces Fe─C. (Centro) Efecto de las moléculas de agua en el modo de vibración de estiramiento de los ligandos de cianuro. (Abajo) d) Cantidad de trabajo aprovechado como resultado de la celda completa y la media celda de TREC. Las temperaturas baja y alta son 10 y 60 °C, respectivamente. La densidad de corriente de la celda completa se establece en 0.5 C (30 mA g−1) basado en O/Cu-x. Crédito: UNIST

"Este estudio proporciona ideas valiosas sobre cómo los modos de vibración estructural pueden mejorar las capacidades de aprovechamiento de energía de los sistemas TREC", explicó el profesor Hyun-Wook Lee. "Nuestros hallazgos profundizan nuestra comprensión de las propiedades intrínsecas de los análogos del Azul de Prusia reguladas por estos modos de vibración, abriendo nuevas posibilidades para una mejor conversión de energía."

Las aplicaciones potenciales de los sistemas TREC son vastas, especialmente en tecnologías portátiles y otros dispositivos donde existen pequeñas diferencias de temperatura. Al capturar y convertir eficientemente el calor de baja calidad en energía utilizable, los sistemas TREC ofrecen un camino prometedor hacia el desarrollo de baterías secundarias de próxima generación.

Profesor Hyun-Wook Lee (izquierda) y su equipo de investigación en la Escuela de Energía e Ingeniería Química de UNIST. Crédito: UNIST