Estudo aprofunda entendimento sobre geração de energia termoelétrica

A termoeletricidade não emite gases de efeito estufa e é bastante durável, porém sua eficiência ainda a limita a contextos específicos (por enquanto) Foto: Marcos Santos/USP Imagens

Estudo desenvolvido por pesquisadores do Instituto de Física da USP (IF), do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF), da Escola de Ciência de Materiais e Engenharia da Universidade de Beijing e do Laboratório de Física e Estudo de Materiais da Universidade de Sorbonne investigou algumas propriedades físicas do seleneto de estanho e descobriu que sua condutividade térmica não é tão baixa quanto estudos anteriores apontaram, o que pode orientar futuras pesquisas sobre as possibilidades de uso desse material para a produção de energia termoelétrica.

A termoeletricidade se manifesta em materiais específicos como energia elétrica gerada por fluxo de calor. Geradores que funcionam com materiais termoelétricos permitem a geração de energia elétrica com as vantagens de não emitir gases de efeito estufa e de serem muito duráveis. No entanto, não apresentam lucro elevado e dificilmente são utilizados em larga escala. Por isso, sua aplicação é majoritariamente limitada a contextos específicos como, por exemplo, em missões espaciais, que usam geradores termoelétricos pois as alternativas tradicionais não garantem a mesma durabilidade no espaço.

O motivo da eficiência de geradores termoelétricos ser baixa é que para obter um desempenho ideal é necessário que um material seja um bom condutor de corrente elétrica, mas conduza baixos níveis de calor, além de apresentar um alto coeficiente termoelétrico. Contudo, a questão é que essas características estão interligadas: bons condutores de corrente tendem a ser bons condutores de calor.

“O desafio dos cientistas que buscam maneiras de expandir as aplicações práticas da termoeletricidade é encontrar maneiras de manipular materiais com potencial para alterar essas propriedades físicas individualmente e, assim, conseguir combinações vantajosas para o uso termoelétrico”, explica a professora Valentina Martelli, que trabalha estudando os fundamentos físicos que regulam o transporte de calor e é uma das fundadoras do Laboratório de Matéria Quântica em Condições Extremas do IF.

A pesquisadora conta que um material que a literatura recente apontou como promissor nesse sentido foi o seleneto de estanho (SnSe), criado pelo pesquisador da Universidade de Beijing, Li-Dong Zhao. Um estudo conduzido anteriormente apontou que o seleneto possuía um desempenho termoelétrico excepcional, atribuído a uma condutividade térmica ultrabaixa. Mas esses resultados não foram replicados por estudos posteriores, gerando um amplo debate na comunidade científica.

Buscando confirmar essas suposições, Zhao providenciou uma amostra do material para uma nova análise, que concluiu que a condutividade térmica dos cristais realmente não é tão baixa quanto se pensou inicialmente. Além disso, o estudo aprofundou o entendimento de como o transporte se manifesta anisotropicamente, isto é, muda de valor dependendo da direção em que é medido.

“Essas conclusões contribuem para a compreensão dos mecanismos fundamentais da difusão de calor termoelétrica. Novos estudos devem ser realizados para investigar se a anisotropia pode ser chave para encontrar maneiras de manipular as características de materiais para aumentar seu desempenho termoelétrico”, aponta Martelli.

O estudo recebeu financiamento da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp) e foi descrito no artigo Thermal diffusivity and its lower bound in orthorhombic SnSe, publicado no periódico científico Physical Review B, que pode ser lido na íntegra aqui.

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