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Thermoélectriques plus efficaces
En améliorant les propriétés électroniques d'un matériau thermoélectrique courant - un type de semi-conducteur qui convertit la chaleur en électricité - les chercheurs ont doublé ses performances, ce qui le rend plus pratique pour produire de l'électricité à partir de la chaleur résiduelle telle que celle produite dans les centrales électriques et les moteurs de voiture.
Chauffage électrique : Un petit échantillon d'un nouveau matériau pour convertir la chaleur en électricité est attaché à des fils électroniques et à un petit radiateur pour les tests.
Les thermoélectriques n'ont pas été largement utilisés pour produire de l'électricité, car ils sont coûteux et inefficaces. Pour augmenter l'efficacité, les chercheurs, y compris Joseph Hérémans , professeur de génie mécanique et de physique à l'Ohio State University, a ajouté des traces de thallium au tellurure de plomb, un matériau thermoélectrique qui produit de l'électricité à bord des sondes spatiales depuis des décennies. Le thallium ajouté a doublé la capacité du matériau à convertir la chaleur en électricité en augmentant la tension qu'il produit. Heremans dit que l'amélioration de l'efficacité pourrait se traduire par une augmentation de 10 % de l'économie de carburant des voitures si les dispositifs sont utilisés pour remplacer les alternateurs des automobiles en générant de l'électricité à partir de la chaleur des gaz d'échappement. Les nouveaux matériaux sont décrits dans le numéro de cette semaine du journal La science .
Le nouveau travail est important pour plusieurs raisons, dit Gang Chen , un professeur de génie mécanique au MIT qui n'était pas impliqué dans le travail. Premièrement, il s'agit d'une augmentation assez impressionnante de l'efficacité d'un type de matériau thermoélectrique, dit-il. Les thermoélectriques conventionnels au tellurure de plomb convertissent environ 6 % de l'énergie de la chaleur en électricité. Une fois incorporé dans un générateur thermoélectrique, le matériau amélioré au thallium le plus efficace pourrait augmenter ce pourcentage jusqu'à 10 %, une fois que les pertes, telles que celles dues aux connexions électriques, sont prises en compte.
Plus important encore, dit Chen, les travaux de Heremans offrent aux chercheurs une nouvelle façon d'améliorer les matériaux thermoélectriques qui pourraient augmenter l'efficacité d'une grande variété de matériaux expérimentaux. Les matériaux thermoélectriques sont de bons conducteurs électroniques mais de mauvais conducteurs thermiques : la différence de chaleur au sein du matériau explique en grande partie les propriétés thermoélectriques. Presque toutes les améliorations récentes apportées aux matériaux thermoélectriques - et il y a eu des améliorations significatives au cours des dernières années - se sont accompagnées d'une diminution de leur conductivité thermique. Heremans et ses collègues ont essayé une approche différente, en augmentant la tension créée par les matériaux. C'est-à-dire, dit Heremans, que les électrons font plus de travail.
Les techniques employées pour couper la conductivité thermique pourraient être utilisées pour compléter les nouvelles techniques développées par Heremans et ses collègues. Cela permettrait aux chercheurs de doubler encore une fois les performances des matériaux, suggère Heremans. Et cela, à son tour, commencerait à rendre les appareils thermoélectriques compétitifs par rapport aux générateurs conventionnels, dit Jeffrey Snyder , chercheur en science des matériaux au Caltech et l'un des autres chercheurs impliqués dans le La science papier.
Un inconvénient des nouveaux matériaux est que le thallium est extrêmement toxique, il faudrait donc des garanties lors de la fabrication et de l'élimination. (Pendant l'utilisation, les matériaux sont encapsulés et présentent donc moins de danger.) Cependant, Heremans dit que les dispositifs pourraient être retirés des vieilles voitures et en mettre de nouvelles car ils pourraient facilement durer la durée de vie de plusieurs véhicules, diminuant ainsi l'élimination des déchets. problèmes.
Heremans est optimiste quant à la commercialisation rapide des nouveaux matériaux, car les ingénieurs ont déjà des années d'expérience dans le travail avec le tellurure de plomb. Il dit que les premiers produits, probablement des générateurs thermoélectriques qui convertissent les gaz d'échappement des automobiles en électricité, pourraient être prêts dans trois à quatre ans.