Dans le contexte des développements mondiaux en matière de développement durable, la valorisation de la chaleur résiduelle est devenue un domaine d'intérêt majeur ces dernières années. Les matériaux thermoélectriques permettent d'utiliser cette chaleur résiduelle pour produire de l'électricité. Cela pourrait contribuer à accroître la productivité industrielle et à favoriser le développement d'une économie verte.
Des chercheurs japonais de l'université d'Okayama ont mis au point une stratégie ingénieuse pour la production de fils de nanotubes de carbone de type n . Cette méthode pourrait s'avérer avantageuse pour l'utilisation des ressources en nanotubes de carbone dans la conversion de la chaleur résiduelle à basse température en électricité. Les résultats publiés montrent que cette avancée permet de lever un obstacle majeur au développement de dispositifs thermoélectriques à base de nanotubes de carbone fonctionnant à des températures inférieures à 200 °C.
L'équipe dirigée par le professeur associé de recherche Hiroo Suzuki a dopé des fils de nanotubes de carbone (CNT) avec un composé organique stable appelé N-DMBI grâce à un nouveau procédé de solvant. Ces fils de type n peuvent ensuite être associés à des fils de CNT de type p développés précédemment afin de créer des générateurs thermoélectriques efficaces et flexibles.
« Fabriqués à partir de nanotubes de carbone, les fils de nanotubes de carbone sont parfaitement adaptés aux applications pratiques, car leur structure filiforme permet la fabrication de dispositifs thermoélectriques flexibles tels que des modules à base de tissu », explique le Dr Suzuki.
Points forts
- Le N-DMBI présente l'avantage d'être de petite taille moléculaire. Cela permet un dopage efficace dans un un temps étonnamment court de 10 secondes.
- Il a également offre une stabilité à l'air et aux hautes températures jusqu'à 150 ° C.
- Le recuit Joule des fils améliore encore considérablement leur efficacité de dopage n.
- Les fils ont atteint des performances thermoélectriques exceptionnelles, avec un facteur de puissance de 2800, 2390 et 1534 µW m-1 K-2 à 200, 150 et 30 °C, respectivement.
- Pour les basses températures, l'o-dichlorobenzène est le solvant le plus approprié pour le dopage N-DMBI.
- Un prototype de module flexible de type π pourrait produire de l’électricité à seulement 55° C avec une différence de température de 20° C.
« La production d'énergie à basse température avec de faibles écarts de température est essentielle pour le développement de modules thermoélectriques capables d'exploiter diverses sources thermiques, telles que la chaleur résiduelle des installations industrielles, la dissipation thermique des véhicules et même la chaleur corporelle », explique le Dr Suzuki.
Découvrez comment l'équipe de recherche du NIST a exploré une nouvelle méthode de conversion de la chaleur en électricité.
En développant des générateurs thermoélectriques à base de fils de nanotubes de carbone haute performance, capables de fonctionner avec de faibles différences thermiques, comme la chaleur corporelle, les recherches mettant en évidence le potentiel des fils de nanotubes de carbone pour récupérer la chaleur résiduelle ouvrent la voie à des technologies innovantes. Celles-ci pourraient fournir de l'énergie locale pour les appareils portables, les capteurs IoT et d'autres applications, tout en réduisant le gaspillage d'énergie.
