Des chercheurs établissent un record avec une cellule thermophotovoltaïque à haut rendement (44 %)

Des chercheurs de l’Université du Michigan ont développé une cellule thermophotovoltaïque avec un rendement record de 44 %, à 1 435 °C. Un dispositif qui semble très prometteur dans le contexte énergétique et climatique actuel.

L’électricité est la principale responsable des émissions de CO2 dans le monde, en raison de ses modes de production. En 2022, par exemple, la production électrique était responsable d’environ 40 % des émissions mondiales de dioxyde de carbone, d’après des chiffres publiés sur Planète Énergie. Or, avec le développement des voitures électriques, du chauffage résidentiel ou encore de la robotisation des usines, elle risque d’augmenter davantage dans les années à venir. Il est plus que jamais indispensable de trouver des solutions plus écologiques dans la production de cette forme d’énergie. C’est ce qui a incité les chercheurs de l’Université du Michigan, aux États-Unis, à concevoir un dispositif capable de produire de l’électricité à partir d’une source de chaleur. Une technologie sûre et qui peut grandement contribuer à la réduction des émissions de GES.

Un système fonctionnant sur le principe du thermophotovoltaïque

Pour les chercheurs de l’Université du Michigan, stocker l’énergie sous forme de chaleur est une solution plus que prometteuse. Les matériaux de stockage de chaleur pouvant être utilisés sont multiples : sel fondu, brique d’argile, sable, cendres volcaniques, blocs de carbone, etc. Cependant, selon eux, c’est au niveau de la récupération de l’énergie de la chaleur et sa transformation en électricité qui est un peu délicat. Le nouveau système qu’ils ont créé fonctionne sur le principe du thermophotovoltaïque qui absorbe les photons (lumière) de la partie infrarouge du spectre pour les convertir en électricité. Contrairement aux cellules solaires qui utilisent les photons de lumière visible à plus haute énergie. Par rapport aux cellules thermophotovoltaïques développées jusqu’ici, celui-ci aurait pour particularité de récupérer beaucoup plus d’énergie stockée dans les batteries thermiques.

Mesure la quantité d'énergie générée par ses cellules photovoltaïques thermiques.
Mesure la quantité d’énergie générée par ses cellules photovoltaïques thermiques. Crédit image : Brenda Ahearn, Michigan Engineering

Un rendement de conversion d’énergie de 44 % à 1 435 °C

Ce nouveau dispositif a un rendement de conversion d’énergie de 44 % à 1 435 °C, un record selon les chercheurs de l’Université du Michigan. Son rendement dépasse largement celui des conceptions précédentes, qui tourne autour de 37 % dans la même plage de température (1 200-1 600 °C). Pour atteindre ce résultat, l’équipe a utilisé du carbure de silicium comme matériau de stockage de chaleur et l’a entouré d’un semi-conducteur composé d’indium, de gallium et d’arsenic. Celui-ci a été conçu spécialement pour capturer la plus large gamme de photons. En outre, la cellule thermophotovoltaïque contient une fine couche d’air et une couche d’or semblable à un miroir, après le semi-conducteur. Celle-ci permettait de renvoyer certains photons vers ce miroir afin d’être convertis en électricité et à d’autres (ceux à faible ou moyenne énergie) de rebondir vers le matériau de stockage de chaleur pour, éventuellement, être transformés en photons de haute énergie. Les chercheurs ont expliqué que lorsque le carbure de silicium est chauffé à 1 435 °C, il émet des photons d’énergie différente, dont 20 à 30 % sont captés par le semi-conducteur.

Un dispositif plus sûr, moins cher à fabriquer et facile à exploiter

D’après les chercheurs de l’Université du Michigan, le dispositif développé est beaucoup plus sûr et facile à exploiter que les batteries lithium-ion, mais également moins cher à fabriquer. Ils ont souligné que ce sont des avantages non négligeables, « même s’il n’a peut-être que la moitié de l’efficacité de ces dernières ». Le professeur Stephen Forrest a indiqué qu’ils n’ont pas encore atteint la limite d’efficacité de cette technologie. « Je suis convaincu que nous dépasserons les 44 % et atteindrons les 50 % dans un avenir proche » a-t-il déclaré dans un communiqué. Hormis le rendement, leur objectif est de faire en sorte que le matériau de stockage puisse être chauffé avec l’électricité produite par un parc éolien ou solaire. Une autre possibilité serait d’absorber directement l’excès de chaleur provenant de processus industriels ou de systèmes d’énergie solaire thermique. Pour information, d’autres ingénieurs ont déjà conçu des cellules thermophotovoltaïques avec un rendement de plus de 40 %, mais à des températures beaucoup plus élevées (1 900-2 400 °C). Ce qui pourrait représenter un inconvénient, dans de nombreuses situations. Plus d’informations : news.umich.edu. Trouvez-vous cette étude prometteuse ? Je vous invite à nous donner votre avis, vos remarques ou nous remonter une erreur dans le texte, cliquez ici pour publier un commentaire .

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Source
news.umich.edu

Raharisoa Saholy Tiana

Je m’appelle Tiana et je suis journaliste professionnelle. J’ai une affinité particulière pour les sujets d’actualités et sur tout ce qui a trait à l’environnement, à l’innovation et au lifestyle. Depuis plusieurs années, j’ai couvert un large éventail de sujets liés entre autres aux questions environnementales et aux nouvelles technologies. Chez Neozone, j’interviens pour vous faire découvrir ces sujets fascinants, qui peuvent apporter de grands changements dans la société et qui méritent d’être mis en lumière. De nature curieuse et créative, j’ai toujours voulu devenir une journaliste web francophone. Après avoir obtenu mon diplôme de maîtrise en droit privé à l'université d’Antananarivo, j’ai décidé de me former aux métiers de la rédaction. J’ai commencé dans une agence web locale, avant de me lancer dans le « freelancing ». Cela fait plus de 10 ans que j’évolue dans ce secteur, en collaborant notamment avec de nombreuses agences et sites internationaux. Cette citation de Léon Trotsky m’inspire et me motive au quotidien : « La persévérance, c'est ce qui rend l'impossible possible, le possible probable et le probable réalisé. »

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