Des chercheurs japonais transforment la chaleur ambiante en électricité

Dans le domaine de la récupération d’énergie thermique, les scientifiques ont mis au point un dispositif thermoélectrique organique inédit. Capable de produire de l’électricité à température ambiante sans différence de chaleur, cette innovation pourrait transformer fondamentalement notre utilisation de la récupération d’énergie dans de multiples industries

Pour faire simple, les chercheurs ont conçu un dispositif thermoélectrique organique en mesure de récupérer l’énergie à température ambiante. Contrairement aux générateurs thermoélectriques traditionnels qui nécessitent un gradient de température, cette nouvelle technologie fonctionne sans différence thermique. Les résultats de ces travaux ont d’ailleurs été publiés dans la revue Nature Communications.

Le professeur Chihaya Adachi de l’Université de Kyushu, qui a dirigé l’étude, a commenté : « Nous cherchions des moyens de fabriquer un dispositif thermoélectrique capable de récupérer l’énergie à température ambiante. Notre laboratoire se concentre sur l’utilité et l’application des composés organiques, et de nombreux composés organiques possèdent des propriétés uniques leur permettant de transférer facilement l’énergie entre eux. »

Une combinaison innovante de matériaux

L’équipe de recherche a identifié deux composés viables comme interfaces de transfert de charge : la phtalocyanine de cuivre (CuPc) et l’hexadécafluoro phtalocyanine de cuivre (F16CuPc). Pour améliorer les propriétés thermoélectriques de cette nouvelle interface, des fullerènes et du BCP ont été incorporés.

Le professeur Adachi a ajouté : « Ces composés sont connus pour être de bons facilitateurs du transport d’électrons. L’ajout de ces composés ensemble a considérablement amélioré la puissance du dispositif. Au final, nous avons obtenu un dispositif optimisé avec une couche de 180 nm de CuPc, 320 nm de F16CuPc, 20 nm de fullerène et 20 nm de BCP.

Le dispositif optimisé a démontré des performances impressionnantes. Une tension en circuit ouvert de 384 mV, une densité de courant de court-circuit de 1,1 μA/cm2 et une puissance maximale de 94 nW/cm2 ont été atteintes. Ces résultats ont été obtenus à température ambiante sans utiliser de gradient thermique, ce qui représente une avancée majeure dans le domaine.

« Nous aimerions continuer à travailler sur ce nouveau dispositif et voir si nous pouvons l’optimiser davantage avec différents matériaux. Nous pouvons même probablement obtenir une densité de courant plus élevée si nous augmentons la surface du dispositif, ce qui est inhabituel même pour les matériaux organiques. Cela montre simplement que les matériaux organiques recèlent un potentiel incroyable. » a conclu le professeur Adachi.

Des applications potentielles multiples

Cette nouvelle technologie thermoélectrique organique pourrait être utilisée dans de nombreux domaines. La récupération de la chaleur résiduelle dans l’industrie, l’alimentation de dispositifs électroniques portables ou encore l’amélioration de l’efficacité énergétique des bâtiments sont autant d’applications potentielles qui pourraient être explorées.

Les avantages de ce dispositif, tels que son fonctionnement à température ambiante et l’absence de matériaux dangereux, en font une alternative prometteuse aux générateurs thermoélectriques traditionnels. De plus amples recherches seront nécessaires pour optimiser davantage cette technologie et explorer ses applications pratiques à grande échelle.

Légende illustration : un dispositif thermoélectrique organique. Ce nouveau dispositif thermoélectrique organique peut convertir en énergie électrique utilisable la chaleur à température ambiante, qui est abondante dans les environnements de vie et n’était pas considérée auparavant comme une source d’énergie possible. Comme aucun gradient de température n’est requis, ce qui signifie qu’aucune unité de refroidissement n’est nécessaire, le dispositif peut être compact. (Université de Kyushu/Chihaya Adachi)

Article : ‘Organic Thermoelectric Device Utilizing Charge Transfer Interface as the Charge Generation by Harvesting Thermal Energy’ / ( 10.1038/s41467-024-52047-5 ) – Kyushu University – Publication dans la revue Nature Communications /