Sobre a captação de energia termelétrica e piroelétrica

Este artigo trata da captação de energia de baixa potência a partir do calor. Isso pode ser alcançado utilizando tanto os efeitos termelétricos quanto piroelétricos. No primeiro caso, gradientes de temperatura são necessários. A principal dificuldade da captação de energia termelétrica é impor um grande gradiente de temperatura. Isso requer enormes fluxos de calor devido às limitações nas trocas de calor superficiais e à alta condutividade térmica dos materiais termelétricos. Isso resulta em uma drástica diminuição da potência e da eficiência de conversão. No caso da captação de energia piroelétrica, é necessária uma temperatura que varia ao longo do tempo. Embora tal perfil temporal de temperatura seja difícil de encontrar, a otimização geral é mais fácil do que a estratégia termelétrica. De fato, depende muito menos da troca de calor entre a amostra e o meio externo, do que da capacidade térmica que a otimização das dimensões pode facilmente compensar. Como consequência, demonstra-se que a eficiência e a potência de saída podem ser muito maiores utilizando a captação de energia piroelétrica do que os métodos termelétricos. Por exemplo, usando um gradiente de temperatura limitado devido à troca de calor limitada, pode-se esperar uma eficiência máxima de 1,7% da eficiência de Carnot ao utilizar um módulo termelétrico. Em contrapartida, um dispositivo piroelétrico pode atingir uma eficiência de até 50% da eficiência de Carnot. Finalmente, uma ilustração mostra uma estimativa da potência de saída que poderia ser esperada das variações naturais de temperatura de um dispositivo vestível. Picos de potência de até 0,2 mW cm−3 foram encontrados e uma potência média de 1 µW cm−3 em média foi determinada em 24 horas de teste.