Les générateurs thermoélectriques (TEG) sont loin d’être une nouveauté. Ils sont déjà utilisés dans certaines industries pour récupérer la chaleur résiduelle. Cependant, leur coût élevé et leur faible rendement ont jusqu’ici freiné leur adoption à grande échelle. Un exploit établi par une équipe de l’Université de Rochester, aux États-Unis, pourrait maintenant changer la donne. Dans une nouvelle étude, le groupe de recherche dirigé par Chunlei Guo affirme avoir réussi à mettre au point un générateur thermoélectrique solaire (STEG) révolutionnaire qui se distingue par son efficacité spectaculaire. L’article scientifique a été publié dans la revue Light: Science and Applications.
L’importance de la gestion thermique
Traditionnellement, les recherches sur les générateurs thermoélectriques solaires se concentrent sur l’amélioration des matériaux semi-conducteurs. En effet, les STEG exploitent un phénomène connu sous le nom d’effet Seebeck pour convertir la différence de température entre deux matériaux en électricité. Bien que prometteurs, les dispositifs actuels affichent un rendement de conversion de la lumière solaire en électricité inférieur à 1 %, loin derrière les panneaux photovoltaïques résidentiels qui dépassent les 20 %. Dans l’espoir d’améliorer les choses, les scientifiques de l’Université de Rochester ont opté pour une approche radicalement différente. Ils se sont focalisés sur l’optimisation de la gestion thermique des faces chaude et froide du générateur, plutôt que de modifier les matériaux semi-conducteurs.
Une technologie développée en interne
Cette stratégie a permis d’augmenter considérablement le rendement énergétique sans compromettre la compacité de l’appareil. Concrètement, l’équipe affirme avoir atteint une efficacité de conversion 15 fois supérieure à celle des STEG conventionnels. Cette percée a été rendue possible par une conception innovante impliquant la mise en œuvre d’une technologie développée en interne. Grâce à des impulsions laser femtoseconde, les chercheurs ont transformé du tungstène brillant en une surface noire capable d’absorber sélectivement la lumière solaire tout en réduisant la dissipation thermique à d’autres longueurs d’onde. Cette modification a permis d’augmenter la génération thermoélectrique de 130 % par rapport au tungstène non traité.
Une innovation prometteuse
Pour maximiser l’effet de serre local, les scientifiques ont recouvert cette surface noire d’un film plastique, créant une mini-serre qui limite les pertes par convection et conduction. Cette technique a permis d’atteindre une température plus élevée sur la face chaude du générateur, essentielle pour améliorer la conversion énergétique. L’autre volet de l’innovation concerne la face froide du générateur. Là encore, les chercheurs ont utilisé des impulsions laser femtoseconde, cette fois sur de l’aluminium, pour créer des microstructures capables d’améliorer la dissipation thermique par rayonnement et convection. Cette gestion thermique avancée permet de maintenir une différence de température plus marquée entre les deux faces du générateur.
Cela a pour conséquence de maximiser l’effet Seebeck. Fait intéressant, en dépit de l’augmentation du rendement de conversion, le poids du dispositif n’a augmenté que de 25 %. Les applications potentielles de cette technologie sont nombreuses : dispositifs avioniques, réseaux de capteurs sans fil, électronique portable, capteurs médicaux… Autant de domaines où la compacité, l’autonomie énergétique et la fiabilité sont cruciales. Plus d’infos : nature.com. Que pensez-vous de ces recherches sur les générateurs thermoélectriques, cette technologie sera-t-elle un jour développée à grande échelle ? Je vous invite à nous donner votre avis, vos remarques ou nous remonter une erreur dans le texte, cliquez ici pour publier un commentaire .
