L’exploitation d’énergies comme la chaleur, les vibrations, la lumière et les ondes électromagnétiques dans des environnements quotidiens pour les convertir en énergie électrique est une réalité. Une équipe de chercheurs coréens a développé un système d’exploitation énergétique hybride qui pourrait révolutionner l’alimentation des capteurs IoT.
L’exploitation énergétique consiste à capter des sources d’énergie telles que la chaleur, les vibrations, la lumière et les ondes électromagnétiques dans des environnements quotidiens comme les sites industriels et les automobiles, et à les convertir en énergie électrique. Cette technologie facilite l’alimentation des capteurs IoT et des dispositifs sans fil populaires d’aujourd’hui qui se trouvent dans des environnements où le remplacement des batteries est difficile.
Un système d’exploitation énergétique hybride
Le Dr Hyun-Cheol Song et le Dr Sunghoon Hur du Centre de recherche sur les matériaux électroniques de l’Institut coréen des sciences et de la technologie (KIST) ont développé un système d’exploitation énergétique hybride qui augmente la production d’énergie de plus de 50% en combinant les effets thermoélectriques et piézoélectriques.
L’effet thermoélectrique, qui convertit l’énergie thermique des deux extrémités du dispositif en énergie électrique, a une faible efficacité de conversion de l’énergie, et l’effet piézoélectrique, qui convertit les vibrations mécaniques en énergie électrique, a une haute impédance, de sorte que l’énergie ne peut pas être récoltée de manière fiable. Pour surmonter les limites des récupérateurs d’énergie à mode unique, des récupérateurs d’énergie hybrides ont été proposés dans le passé, mais ils sont principalement basés sur la simple combinaison de l’énergie générée par chaque mécanisme.
Une synergie entre les effets thermoélectriques et piézoélectriques
En réponse, l’équipe de recherche du KIST a développé un récupérateur d’énergie hybride thermoélectrique-piézoélectrique qui complète les lacunes des dispositifs thermoélectriques et piézoélectriques pour créer un effet synergique dans les environnements avec des sources de chaleur et des vibrations.
En premier lieu, au lieu d’un dissipateur thermique, qui est une forme statique avec une grande surface de section transversale qui est volumineuse et en contact avec l’air, un cantilever a été fabriqué pour améliorer l’effet de dissipation de la chaleur dans un environnement de vibration, ce qui a permis d’améliorer la sortie du dispositif thermoélectrique de plus de 25%.
Les chercheurs ont également proposé une structure de récupération d’énergie hybride dans laquelle un dispositif piézoélectrique de type polymère (MFC) a été fixé au cantilever pour générer une puissance supplémentaire en générant une déformation en traction et en compression du dispositif piézoélectrique lorsque le cantilever vibre.
Une application réussie pour les capteurs IoT
L’équipe de recherche a réussi à appliquer ce récupérateur d’énergie hybride pour alimenter de manière stable un capteur IoT commercial (capteur de positionnement GPS, 3 V, 20 mW), démontrant ainsi le potentiel pour les futurs capteurs IoT de fonctionner en continu sans alimentation par batterie.
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En synthèse
Cette étude confirme que le système d’exploitation énergétique hybride peut être appliqué de manière fiable à notre vie réelle. Il a prouvé son efficacité dans des endroits où la chaleur et les vibrations existent ensemble, comme les moteurs d’automobiles, et il est actuellement prévu de construire un système qui peut être appliqué à des installations d’usine ou à des moteurs de machines de construction qui sont difficiles à alimenter et à diagnostiquer sans fil.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que l’exploitation énergétique ?
L’exploitation énergétique est le processus de capture et de conversion en énergie électrique de sources d’énergie telles que la chaleur, les vibrations, la lumière et les ondes électromagnétiques dans des environnements quotidiens.
Qu’est-ce qu’un système d’exploitation énergétique hybride ?
Un système d’exploitation énergétique hybride est un système qui combine plusieurs méthodes d’exploitation énergétique pour augmenter l’efficacité de la production d’énergie.
Quels sont les avantages de l’exploitation énergétique hybride ?
L’exploitation énergétique hybride peut augmenter la production d’énergie de plus de 50% en combinant les effets thermoélectriques et piézoélectriques.
Où peut-on appliquer l’exploitation énergétique hybride ?
L’exploitation énergétique hybride peut être appliquée dans des endroits où la chaleur et les vibrations existent ensemble, comme les moteurs d’automobiles, les installations d’usine ou les moteurs de machines de construction.
Quel est l’impact de l’exploitation énergétique hybride sur les capteurs IoT ?
L’exploitation énergétique hybride a le potentiel de permettre aux futurs capteurs IoT de fonctionner en continu sans alimentation par batterie.
Références
Article : « A synergetic effect of piezoelectric energy harvester to enhance thermoelectric Power: An effective hybrid energy harvesting method » – DOI: 10.1016/j.enconman.2023.117774
