La Physique
est -elle encore capable de présentera des solutions innovantes pour notre
avenir ? Jugez en vous-même par ma traduction de : A new 'gold standard' compound for
generating electricity from heat
by Emily Caldwell, The Ohio State University
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‘’ Un nouveau composé « gold
standard » pour produire de l'électricité à partir de la chaleur
par Emily Caldwell, Université d'État de l'Ohio
Crédit :
Pixabay/CC0 domaine public
Les
générateurs thermoélectriques qui produisent de l'électricité à partir de la
chaleur résiduelle seraient un outil utile pour réduire les émissions de gaz à
effet de serre s'il n'y avait pas un problème des plus épineux : la
nécessité d'établir des contacts électriques avec leur côté chaud, qui est
souvent tout simplement trop chaud pour les matériaux qui peut générer un
courant.
La chaleur
provoque la défaillance des appareils au fil du temps.
Les
dispositifs dits thermoélectriques transversaux évitent ce problème en
produisant un courant perpendiculaire au dispositif conducteur, nécessitant des
contacts uniquement sur l'extrémité froide du générateur. Bien que considérés
comme une technologie prometteuse, les matériaux connus pour créer cette
tension latérale sont pratiquement inefficaces, du moins c'est ce que les
scientifiques pensaient.
Des
chercheurs de l'Ohio State University montrent dans une nouvelle étude qu'un
seul matériau, un cristal en couches composé des éléments rhénium et silicium,
s'avère être l'étalon-or des dispositifs thermoélectriques transversaux.
Les
scientifiques ont démontré que ce composé unique fonctionne comme un générateur
thermoélectrique très efficace en raison d'une propriété rare : porter
simultanément des charges positives et négatives qui peuvent se déplacer
indépendamment plutôt que de fonctionner parallèlement les unes aux autres, ce
qui les oblige à zigzaguer vers le contacts pour générer un courant électrique.
En construisant
un générateur thermoélectrique avec un cristal d'environ deux pouces de long,
les chercheurs ont également déterminé que lorsque le cristal est situé à un
angle spécifique dans l'appareil, il peut produire une quantité impressionnante
d'énergie.
"Nous
avons montré que ces matériaux sont aussi efficaces que la technologie des
générateurs thermoélectriques conventionnels, mais qu'ils surmontent ses
principaux inconvénients", a déclaré le co-auteur de l'étude Joshua
Goldberger, professeur de chimie et de biochimie à l'Ohio State.
« C'est
la première fois que ce type de dispositif s'avère réalisable. Avec des
rendements supérieurs à ceux de tout autre dispositif transversal précédent, ce
composé est tout aussi bon que ce que vous pouvez acheter dans le commerce,
mais promet d'être beaucoup plus plus simple et plus fiable."
La recherche
est publiée en ligne dans la revue Energy & Environmental Science.
Alors que 97
% de l'énergie est générée à partir de la chaleur, nous rejetons la plus grande
partie de la chaleur, la laissant s'échapper des cheminées, des pots
d'échappement des voitures, etc.
"La
chaleur perdue est vraiment importante. Depuis toujours, il y a eu une quête
pour améliorer l'efficacité de tous les moteurs qui produisent de l'énergie à
partir de la chaleur - la quantité de travail que vous pouvez en tirer et que
vous pouvez utiliser", a déclaré Joseph, co-auteur de l'étude. Heremans,
professeur de génie mécanique et aérospatial et Ohio Eminent Scholar en
nanotechnologie à l'Ohio State.
"Pendant
longtemps, nous avons rêvé de trouver des petits moteurs qui n'auraient pas de
pièces mobiles capables de prendre de la chaleur et de produire de
l'électricité."
Et
maintenant, ils l'ont fait.
La plupart
des matériaux ne conduisent qu'un seul type de charge, ce qui fait que la
plupart des dispositifs thermoélectriques sont composés de plusieurs composés.
Pourtant, la complexité des contacts avec eux a entravé les efforts visant à
construire un générateur thermoélectrique efficace, facile à construire et
capable de résister à des températures élevées.
Il y a deux
ans, cette équipe de recherche a découvert des propriétés inattendues dans un
composé différent qui a permis aux électrons et aux trous, les sources des
charges négatives et positives, respectivement, qui génèrent un courant
électrique, de courir le long de ce qui pourrait ressembler à une autoroute
nord-sud pour un charge et une autoroute est-ouest pour l'autre.
Après cette
découverte, les chercheurs ont passé au peigne fin les recherches existantes
sur d'autres cristaux qui avaient été trouvés par d'autres scientifiques pour
faire la même chose.
"Nous
nous sommes intéressés à cela parce qu'au début, nous ne savions pas qu'il
pouvait exister. Lorsque nous avons compris qu'il pouvait exister, nous avons
vraiment poussé pour trouver ces matériaux", a déclaré Goldberger. À ce
jour, ils ont confirmé expérimentalement 15 matériaux possédant ces propriétés,
sur plus de 110 000 structures cristallines découvertes et cataloguées dans une
base de données internationale.
"Quelques-uns
avaient été découverts, mais aucun n'a été exploité pour la fonctionnalité. Ce
que nous avons découvert, c'est que nous pouvons réellement en faire quelque
chose", a déclaré Wolfgang Windl, professeur de science et d'ingénierie
des matériaux à l'Ohio State et co-auteur de l'étude. .
"Tout
ce que nous avons à faire est de mettre des fils à une extrémité et d'orienter
le cristal d'une certaine manière et tout à coup nous avons un générateur
d'électricité sans pièces mobiles. Et vous le réchauffez avec la chaleur
résiduelle que vous avez dans votre maison, votre voiture ou votre fusée, et
cela générera une puissance sans émission tout seul et essentiellement à
l'infini. C'est un peu comme de la magie noire pour moi. "
Théoriquement,
un générateur fabriqué avec ce composé pourrait être utilisé n'importe où la
chaleur est générée - la taille du cristal peut être variable, et dans cette
étude a été dictée par la taille du four dans lequel il a grandi.
Heremans a
déclaré que le générateur pourrait produire suffisamment d'électricité à partir
des gaz d'échappement des voitures pour propulser le véhicule vers l'avant,
mais il est favorable à l'idée d'utiliser cette technologie à plus petite
échelle : « Les applications à plus petite échelle sont celles où les
solutions complexes ne sont pas les bienvenues car elles sont trop chères.
," il a dit. "C'est là qu'une solution simple comme celle-ci est
probablement la meilleure."
8 Explore further
Generating electricity from heat using a spin Seebeck
device
More
information: Michael R. Scudder et al, Highly efficient transverse
thermoelectric devices with Re4Si7 crystals, Energy & Environmental Science
(2021). DOI: 10.1039/D1EE00923K
Journal
information: Energy & Environmental Science
Provided by The Ohio State University 888888888888888
Mon commentaire
Cet article me laisse perplexe ! C’est certes
productif de chercher a trouver de nouveaux matériaux notamment dans les
transports pour un futur
très électrique ! C’est
aussi une bonne idée de chercher a utiliser la chaleur perdue …Toutefois je me vois mal utiliser sur le tuyau d’échappement de ma propre
voiture un fourreau de cet alliage rhodium-silicium formé de couches composites …Récupèrer du
courant ? Il eut fallu que ma voiture soit déjà hybride ! Bref je
vois peu les applications, surtout compte tenu du prix…Est-ce alors une fausse
bonne idée ???
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