Des scientifiques ont mis au point un matériau adapté aux générateurs thermoélectriques, basé sur l'effet Nernst anormal (ANE), qui accroît considérablement le rendement de production de tension. Ces dispositifs, confortables à porter et de formes et tailles flexibles, peuvent alimenter de petits appareils et ainsi remplacer les piles.
L'effet thermoélectrique implique l'inter-conversion de l'énergie thermique et de l'électricité ; appelé effet Seebeck, lorsque la chaleur est convertie en un potentiel électrique à la jonction de deux métaux différents et, l'inverse est appelé effet Peltier, c'est-à-dire la conversion d'un potentiel électrique en génération de chaleur.
La chaleur est abondante et parfois perdue, qui pourrait être récupérée pour alimenter des appareils électriques. Il y a eu beaucoup d'efforts dans le passé pour développer une technologie commercialement viable pour récupérer la chaleur. Celui basé sur l'effet Seebeck n'a pas pu voir le jour en raison de plusieurs limitations.
Un phénomène moins connu, appelé effet Nernst anormal (ANE) , consiste à générer une tension électrique perpendiculaire au flux de chaleur lorsqu'un gradient de température est appliqué à un matériau magnétique. Ce phénomène a déjà été utilisé pour la récupération de chaleur et sa conversion en électricité. Cependant, son potentiel reste limité faute de matériaux appropriés, non toxiques, facilement disponibles et peu coûteux.
La recherche du matériau idéal semble enfin terminée ! Des chercheurs ont récemment annoncé la mise au point d'un alliage non toxique, facilement disponible, peu coûteux et suffisamment malléable pour être transformé en couches minces répondant aux exigences. Grâce à un procédé de dopage, ils ont obtenu du Fe₃Al ou du Fe₃Ga (75 % de fer et 25 % d'aluminium ou de gallium). L'utilisation de ce matériau a permis de multiplier par 20 la tension générée.
Ce matériau nouvellement développé semble très prometteur et peut être utilisé pour concevoir des matériaux minces et flexibles capables de récupérer efficacement la chaleur résiduelle pour la convertir en tension électrique, suffisante pour alimenter de petits appareils.
La découverte de ce matériau qui est juste en termes de propriétés, pourrait être possible grâce à la disponibilité de technologies de calcul numérique automatisées à grande vitesse, surmontant efficacement les limites de l'ancienne méthode de développement de matériaux basée sur la « répétition » et les « raffinements ». .
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Sources:
1. Université de Tokyo, 2020. Communiqué de presse. Un élément abondant pour alimenter de petits appareils. Un générateur mince à base de fer utilise la chaleur résiduelle pour produire de faibles quantités d'énergie. Publié le 28 avril 2020. Disponible en ligne à l'adresse : https://www.u-tokyo.ac.jp/focus/en/press/z0508_00106.html (consulté le 8 mai 2020).
2. Sakai, A., Minami, S., Koretsune, T. et al. Ferromagnets binaires à base de fer pour la conversion thermoélectrique transverse. Nature 581, 53–57 (2020). DOI : https://doi.org/10.1038/s41586-020-2230-z
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