Japão: Pesquisadores desenvolvem um dispositivo termoelétrico orgânico que pode gerar energia a partir da temperatura ambiente

Novo dispositivo termoelétrico orgânico inventado no Japão coleta energia em temperatura ambiente e sem gradiente de temperatura, uma inovação que pode transformar como geramos energia de maneira sustentável e eficiente

Uma equipe de pesquisadores do Japão desenvolveram um dispositivo termoelétrico orgânico inovadorr que pode gerar energia em temperatura ambiente, sem a necessidade de um gradiente de temperatura. Essa descoberta promete revolucionar a tecnologia de coleta de energia, abrindo novas portas para aplicações práticas e sustentáveis.

O estudo, liderado pelo professor Chihaya Adachi, do Centro de Pesquisa em Fotônica Orgânica e Eletrônica (OPERA) da Universidade de Kyushu – Japão, foi publicado recentemente no renomado periódico Nature Communications.

O que são dispositivos termoelétricos?

Os dispositivos termoelétricos, também chamados de geradores termoelétricos, são materiais capazes de converter calor em eletricidade.

Essa tecnologia do Japão funciona tradicionalmente a partir da diferença de temperatura entre dois lados do dispositivo — um lado quente e o outro frio — criando o gradiente de temperatura necessário para gerar eletricidade.

Esses dispositivos têm sido amplamente pesquisados por seu potencial de capturar e aproveitar o calor desperdiçado em processos de geração de energia.

Um dos exemplos mais conhecidos do uso de geradores termoelétricos está em sondas espaciais, como o Mars Curiosity Rover e a Voyager.

Essas sondas são alimentadas por geradores termoelétricos de radioisótopos, onde o calor gerado pela decomposição de isótopos radioativos fornece o gradiente necessário para a geração de energia.

No entanto, apesar de seu grande potencial, o uso de dispositivos termoelétricos ainda é limitado devido a diversos fatores, como o alto custo de produção, o uso de materiais perigosos e sua baixa eficiência energética.

A inovação: geração de energia sem gradiente de temperatura

O avanço proposto pela equipe de Adachi está na capacidade de gerar energia em temperatura ambiente, eliminando a dependência do gradiente de temperatura.

“Estávamos investigando maneiras de criar um dispositivo termoelétrico que pudesse coletar energia diretamente da temperatura ambiente”, explicou Adachi. “Nosso laboratório se concentra na aplicação de compostos orgânicos, muitos dos quais têm propriedades únicas que permitem a transferência eficiente de energia entre eles.”

A equipe se concentrou na criação de uma interface de transferência de carga entre materiais orgânicos. Após testar diversos compostos, os pesquisadores identificaram dois materiais-chave: a ftalocianina de cobre (CuPc) e a hexadecafluoro ftalocianina de cobre (F16CuPc).

Ambos foram capazes de facilitar a transferência de elétrons entre si, elemento essencial para a geração de energia termoelétrica.

Melhoria das propriedades termoelétricas

Para maximizar a eficiência do dispositivo, os pesquisadores incorporaram fulerenos e BCP (bis(1,2-benzisotiazol-3(2H)-ona 1,1-dióxido), ambos conhecidos por melhorar o transporte de elétrons.

Esse ajuste na composição resultou em um dispositivo otimizado com camadas específicas de CuPc (180 nm), F16CuPc (320 nm), fulereno (20 nm) e BCP (20 nm).

Os resultados foram impressionantes. O dispositivo gerou uma tensão de circuito aberto de 384 mV, uma densidade de corrente de curto-circuito de 1,1 μA/cm² e uma saída máxima de 94 nW/cm², tudo isso em temperatura ambiente, sem a necessidade de gradiente de temperatura.

Esses números representam um avanço significativo para a tecnologia termoelétrica, especialmente quando se considera que o dispositivo é baseado em materiais orgânicos, conhecidos por sua versatilidade e baixo custo.

Próximos passos

Embora o desenvolvimento de dispositivos termoelétricos tenha avançado consideravelmente nas últimas décadas, este novo dispositivo orgânico pode ser um divisor de águas no campo.

Além de ser mais acessível e ambientalmente seguro, o dispositivo abre a possibilidade de utilização em uma variedade de cenários onde a geração de calor residual não é viável.

Segundo Adachi, “Nosso novo dispositivo orgânico proposto certamente ajudará a avançar o campo dos dispositivos termoelétricos. Estamos animados para continuar trabalhando nesse projeto, explorando novos materiais e otimizando a tecnologia. Podemos até mesmo alcançar uma densidade de corrente maior se ampliarmos a área do dispositivo, algo incomum para materiais orgânicos.”

Essa pesquisa também destaca o potencial dos compostos orgânicos em diversas aplicações tecnológicas, desde OLEDs até células solares, reforçando a importância da inovação contínua nesse campo.

O uso de materiais orgânicos em dispositivos de geração de energia é uma tendência crescente que pode transformar não apenas o mercado de energia, mas também a forma como utilizamos e distribuímos eletricidade.

Com a otimização contínua e a aplicação de novos materiais, os pesquisadores esperam que essa tecnologia possa ser utilizada em larga escala, contribuindo para soluções energéticas mais sustentáveis e eficientes.

Essa inovação pode marcar o início de uma nova era na coleta de energia, onde materiais orgânicos desempenharão um papel fundamental na transição para tecnologias mais limpas e acessíveis.