211service.com
Un récupérateur hybride de nano-énergie
Les générateurs à l'échelle nanométrique peuvent transformer l'énergie mécanique ambiante - vibrations, écoulement de fluide et même mouvement biologique - en une source d'énergie. Aujourd'hui, les chercheurs ont combiné un nanogénérateur avec une cellule solaire pour créer un dispositif intégré de récupération d'énergie mécanique et solaire. Ce générateur hybride est le premier du genre et pourrait être utilisé, par exemple, pour alimenter les capteurs d'avion en capturant la lumière du soleil ainsi que les vibrations du moteur.
Nano hybride : Une cellule solaire à colorant (en haut) et un nanogénérateur (en bas) reposent sur le même substrat dans le nouveau dispositif.
Les nanogénérateurs utilisent généralement des nanofils piézoélectriques - des structures d'oxyde de zinc ressemblant à des cheveux qui génèrent un potentiel électrique lorsqu'elles sont soumises à une contrainte mécanique - pour produire de petites quantités d'énergie. Les premiers appareils de ce type ont été fabriqués par Zhong Lin Wang , professeur à Georgia Tech et directeur du Center for Nanostructure Characterization de l'institut. Wang espère que les nanogénérateurs élimineront un jour le besoin de batteries dans les capteurs médicaux implantables et généreront finalement suffisamment d'énergie pour charger des appareils électroniques personnels plus gros.
Par rapport aux cellules solaires, les nanogénérateurs sont encore un moyen relativement inefficace de récolter l'énergie, dit Wang, mais parfois l'énergie solaire n'est pas disponible. Il a donc collaboré avec Xudong Wang , professeur adjoint de science et d'ingénierie des matériaux à l'Université du Wisconsin-Madison, pour fabriquer le nouveau dispositif hybride.
Il combine deux technologies développées précédemment, qui reposent toutes deux sur des nanofils d'oxyde de zinc, dans un substrat de silicium en couches. La couche supérieure est constituée d'une cellule solaire à couche mince incrustée de nanofils d'oxyde de zinc enduits de colorant. La grande surface des nanofils augmente l'absorption lumineuse de l'appareil, une conception basée sur le travail de Peidong Yang , professeur de chimie à l'Université de Californie à Berkeley. La couche inférieure contient le nanogénérateur de Wang. Sur la face inférieure du silicium se trouve un réseau dentelé de nanofils d'oxyde de zinc recouverts de polymère dans un agencement semblable à une dent. Lorsque l'appareil est exposé à des vibrations, ces dents frottent contre un réseau sous-jacent de nanofils d'oxyde de zinc alignés verticalement, créant un potentiel électrique.
La cellule solaire et le nanogénérateur sont connectés électriquement par le substrat de silicium lui-même, qui agit à la fois comme l'anode de la cellule solaire et la cathode du nanogénérateur. Il est possible d'enchaîner de grands groupes de cellules solaires et de nanogénérateurs, mais les intégrer dans un seul système prend moins de place et est également plus économe en énergie. Le dispositif prototype peut générer 0,6 volt d'énergie solaire et 10 millivolts d'énergie piézoélectrique. Alors que le dispositif prototype n'avait qu'un seul nanogénérateur, Wang espère augmenter la puissance de sortie en créant des dispositifs avec plusieurs couches de nanogénérateurs. Il dit qu'une première application probable de ces dispositifs pourrait être dans les avions militaires chargés de capteurs. L'U.S. Air Force a récemment lancé un appel à propositions de financement de la recherche concernant les dispositifs hybrides de récupération d'énergie.
Charles Cher , professeur de chimie à l'Université de Harvard, affirme que l'appareil de Wang est créatif et qu'il est, à sa connaissance, le premier appareil hybride à l'échelle nanométrique capable de récolter deux types d'énergie. C'est particulièrement important, étant donné que l'un est actif à la lumière, tandis que l'autre peut travailler dans l'obscurité, explique Lieber. Il s'attend à ce que les travaux de Wang inspirent d'autres chercheurs à se concentrer sur les dispositifs hybrides de nanogénérateur, ainsi que sur des dispositifs qui combinent des nanogénérateurs avec un stockage d'énergie nano-activé complémentaire.