Los diamantes pueden ser los mejores amigos de una chica, pero los dispositivos electrónicos basados en diamantes podrían ser la clave para la neutralidad de carbono en el mercado energético, e incluso podrían alimentar tu computadora portátil algún día, según los investigadores.
Un nuevo estudio revela que los diamantes podrían ser más eficaces que el silicio en el funcionamiento de redes eléctricas de alto voltaje, que son cruciales para la eficiencia de las energías renovables.
Según la Administración de Información Energética de EE.UU., se prevé que la demanda mundial de electricidad aumentará casi un 50% para 2050. Sin embargo, alrededor de dos tercios de la energía generada en EE.UU. se pierden antes de llegar al cliente, dice Can Bayramprofesor asociado de la Universidad de Illinois, Urbana-Champaign.
No sin desafíos
Bayram sugiere que una solución para mejorar la eficiencia de la red eléctrica es la transición de corriente alterna (CA) a corriente continua (CC). Una red de CC podría reducir potencialmente las pérdidas de la red de CA en un 90 %, eliminando la necesidad de rectificadores y disminuyendo la necesidad de transformadores. Además, las redes de CC de alto voltaje son más eficientes a la hora de transmitir energía a largas distancias, lo que las hace especialmente beneficiosas para parques solares y eólicos remotos.
La electrónica de potencia, que controla más de la mitad de la electricidad mundial, es esencial para respaldar estas redes. Bayram predice que esta cifra aumentará al 80% para 2030 debido a la creciente adopción de energías renovables. Sostiene que la futura red de CC requerirá electrónica de potencia que sea más rápida y resistente que los dispositivos de silicio actuales, y que el diamante semiconductor podría ser la respuesta.
El diamante, el semiconductor más duro conocido, es también uno de los mejores conductores térmicos y tiene un alto voltaje de ruptura. Esto significa que los dispositivos semiconductores de diamante pueden funcionar a corrientes y voltajes más altos con menos material, sin experimentar una reducción en el rendimiento eléctrico.
Bayram también señala que la electrónica basada en diamantes podría generar menores costos de envío, transporte e instalación debido a su menor peso. Sin embargo, existen desafíos que superar, como aumentar el espesor de la «región de deriva» en los dispositivos basados en diamantes, un componente crucial para soportar altos voltajes.
A pesar de estos obstáculos, el equipo de investigación ha logrado voltajes de ruptura récord de aproximadamente 5.000 voltios en capas delgadas de deriva, lo que demuestra la corriente de fuga más baja de los dispositivos de diamante.
«Creemos que el diamante entrará en el mercado de semiconductores a niveles de potencia de gama alta, más de 5 megavatios», afirma Bayram. «Los convertidores basados en diamante serán competitivos en cuanto a costes, porque aunque el dispositivo de diamante en sí sea más caro que los dispositivos de silicio habituales, la reducción del tamaño del semiconductor y la simplificación del sistema, incluida la gestión térmica, reducirán significativamente el coste total».
Los científicos detallaron sus hallazgosen el diario Cartas de dispositivos electrónicos IEEE.
