211service.com
Alimenter votre voiture avec de la chaleur résiduelle
Au moins les deux tiers de l'énergie contenue dans l'essence utilisée dans les voitures et les camions sont gaspillés sous forme de chaleur. Les thermoélectriques, des matériaux semi-conducteurs qui convertissent la chaleur en électricité, pourraient capturer cette chaleur perdue, réduisant ainsi les besoins en carburant du véhicule et améliorant l'économie de carburant d'au moins 5 %. Mais le faible rendement et le coût élevé des matériaux thermoélectriques existants ont empêché de tels dispositifs de devenir pratiques dans les véhicules.
Puissance de la chaleur : Un générateur thermoélectrique qui convertit la chaleur résiduelle du système d'échappement d'une voiture en électricité pourrait améliorer l'économie de carburant.
Aujourd'hui, les chercheurs assemblent les premiers prototypes de générateurs thermoélectriques pour des tests dans des voitures utilitaires et des SUV. Les appareils sont l'aboutissement de plusieurs avancées réalisées indépendamment chez le fabricant d'appareils thermoélectriques BSST à Irwindale, Californie, et à General Motors Global R&D à Warren, Michigan. Les deux sociétés prévoient d'installer et de tester leurs prototypes d'ici la fin de l'été : le BSST dans les voitures BMW et Ford, et GM dans un SUV Chevrolet.
BSST utilise de nouveaux matériaux. Le tellurure de bismuth, un thermoélectrique courant, contient du tellure coûteux et fonctionne à des températures allant jusqu'à 250 °C seulement, alors que les générateurs thermoélectriques peuvent atteindre 500 °C. BSST utilise donc une autre famille de thermoélectriques, des mélanges d'hafnium et de zirconium, qui fonctionnent bien à haute température. Cela a augmenté l'efficacité du générateur d'environ 40 pour cent.
Chez GM, les chercheurs assemblent un prototype final basé sur une nouvelle classe prometteuse de thermoélectriques appelés skutterudites, qui sont moins chers que les tellurures et fonctionnent mieux à haute température. Les modèles informatiques de l'entreprise montrent que dans son véhicule d'essai Chevrolet Suburban, cet appareil pourrait générer 350 watts, améliorant ainsi l'économie de carburant de 3 %.
La fabrication de skutterudites, qui sont des composés d'arséniure de cobalt dopés avec des éléments des terres rares tels que l'ytterbium, est un processus long et compliqué, et leur incorporation dans des dispositifs est difficile, explique le scientifique de GM Gregory Meisner. Le défi crucial est d'établir de bons contacts électriques et thermiques. Le gradient de température important à travers le dispositif exerce une contrainte mécanique sur l'interface thermoélectrique de contact. De plus, l'assemblage des différents matériaux introduit une résistance qui chauffe le contact, dégradant l'appareil. Par un choix approprié des matériaux, vous pouvez affecter la résistance, dit-il. Le défi consiste à trouver la bonne formule pour les matériaux, à la fois le semi-conducteur thermoélectrique et le contact.
Un coup d'oeil à l'intérieur : Le rendu d'un artiste d'une Chevrolet Suburban montre le générateur thermoélectrique de type silencieux inséré dans le système d'échappement.
Un autre défi majeur sera l'intégration de l'appareil dans les véhicules. Les chercheurs ont déjà testé un générateur de tellurure de bismuth dans un SUV. À l'heure actuelle, l'appareil est simplement inséré dans le système d'échappement, dit Meisner. Une section de tuyau est découpée et le dispositif, qui ressemble à un silencieux, est inséré. Nous devons concevoir quelque chose qui soit davantage intégré au système du véhicule plutôt qu'un dispositif complémentaire.
Les chercheurs de BSST et de GM doivent également trouver des moyens de fabriquer de plus grands volumes de nouveaux matériaux à moindre coût. Meisner prévient qu'il faudra peut-être encore au moins quatre ans avant que les générateurs thermoélectriques ne deviennent des véhicules de production.