Pesquisadores da Universidade de Hokkaido inovaram com interruptores térmicos baseados em óxido de cério, melhorando a eficiência energética e a sustentabilidade na recuperação de calor

Pesquisadores da Universidade de Hokkaido, no Japão, estão revolucionando a eficiência energética com uma nova abordagem no design de interruptores térmicos.

Usando óxido de cério (CeO2), um material abundante e ecologicamente correto, eles conseguem melhorar significativamente o desempenho desses dispositivos, tornando-os mais sustentáveis ​​e econômicos de produzir.

A pesquisa, liderada pelo professor Hiromichi Ohta, oferece novas perspectivas para o gerenciamento térmico e pode mudar a forma como a energia é aproveitada em sistemas complexos.

O problema do desperdício de energia

Atualmente, dois terços da energia gerada a partir de combustíveis fósseis, como carvão e petróleo, são perdidos na forma de calor.

Esse desperdício representa um grande desafio para a eficiência energética, especialmente em indústrias que dependem de altas temperaturas, como a de fabricação e geração de energia.

Sistemas de gerenciamento térmico, como diodos térmicos e transistores térmicos, ajudam a recuperar esse calor e aproveitá-lo de maneira mais eficaz. No entanto, é no campo dos interruptores térmicos que a pesquisa de Hokkaido está fazendo a diferença.

Como funcionam os interruptores térmicos?

Interruptores térmicos são dispositivos usados ​​para controlar a transferência de calor em sistemas de gerenciamento térmico.

Eles podem conectar ou desconectar um caminho térmico condutor entre componentes, permitindo o controle preciso da temperatura sem a necessidade de intervenção humana. Em outras palavras, esses interruptores podem operar de forma autônoma, otimizando o fluxo de calor de maneira eficiente.

A principal vantagem dos interruptores térmicos é sua capacidade de operar sem a necessidade de uma conversão direta de energia, como nos sistemas termoelétricos, que convertem a diferença de temperatura diretamente em eletricidade.

Embora os sistemas termoelétricos sejam úteis, sua eficiência de conversão é baixa, o que limita sua aplicação. Em contraste, os interruptores térmicos oferecem um controle mais eficaz sobre a transferência de calor, o que resulta em sistemas mais eficientes.

A inovação com o óxido de cério

Tradicionalmente, os interruptores térmicos são fabricados com materiais escassos, o que aumenta o custo de produção e exige grandes quantidades de mineração. Essa limitação tem sido um obstáculo para a produção em grande escala desses dispositivos.

Para resolver esse problema, os pesquisadores da Universidade de Hokkaido decidiram usar o óxido de cério (CeO2) como material ativo em interruptores térmicos.

O CeO2 está amplamente disponível na natureza, e sua proteção é mais ecológica e econômica, representando uma alternativa mais sustentável aos materiais tradicionais.

O CeO2 não apenas reduz os custos de fabricação, mas também melhora o desempenho dos interruptores. De acordo com Ohta, o novo dispositivo alcança uma condutividade térmica significativamente maior, o que permite um controle mais preciso da transferência de calor.

Resultados promissores

Os resultados experimentais descobertos que os interruptores térmicos baseados em CeO2 apresentam uma condutividade térmica de 12,5 W/m·K no estado “ligado”, e 2,2 W/m·K no estado “desligado”, com uma relação de condutividade liga térmica/desliga de 5,8.

O desempenho desses dispositivos permanece estável mesmo após 100 ciclos de operação, mostrando grande durabilidade e confiabilidade.

Estas características fazem dos interruptores térmicos baseados em óxido de cério uma opção promissora para aplicações práticas em sistemas de resfriamento eletrônico e fontes de energia renováveis, como solar e eólica.

A capacidade de controlar com precisão a transferência de calor torna esses dispositivos ideais para melhorar a eficiência desses sistemas, reduzindo o desperdício de energia e aumentando a sustentabilidade.

O futuro da tecnologia térmica

Uma pesquisa publicada na revista Science Advances abre caminho para uma nova geração de interruptores térmicos mais eficientes e sustentáveis.

Com o avanço dessa tecnologia, a indústria pode esperar uma melhoria significativa na gestão do calor e no uso de energia, além de uma redução no impacto ambiental causado pela mineração de materiais raros.

O óxido de cério, como material de baixo custo e alto desempenho, promete transformar o futuro da tecnologia térmica e contribuir para um mundo mais sustentável e eficiente em termos energéticos.