Des générateurs thermoélectriques qui s’étirent comme la peau humaine

Une équipe de chercheurs de Corée (KERI), a mis au point une technologie qui pourrait transformer l’avenir des générateurs thermoélectriques. En utilisant des ‘métamatériaux mécaniques’, ils ont réussi à augmenter la flexibilité et l’efficacité de ces générateurs à un niveau jamais atteint auparavant.

Les métamatériaux mécaniques : une nouvelle approche

Les métamatériaux mécaniques sont des matériaux artificiels conçus pour se dilater dans les deux directions, horizontale et verticale, lorsqu’ils sont étirés horizontalement. C’est une propriété qui n’existe pas dans les matériaux naturels, où un matériau se rétrécit généralement dans la direction verticale lorsqu’il est étiré dans la direction horizontale. Ces métamatériaux ont un ratio de Poisson négatif, ce qui les rend uniques.

L’équipe du Dr Hyekyoung Choi et Min Ju Yun a réussi à augmenter la flexibilité des générateurs thermoélectriques jusqu’à 35% en utilisant un ‘joint’ avec une métastructure.

Un générateur thermoélectrique convertit la différence de température entre deux extrémités en énergie électrique. Il est considéré comme un dispositif de récupération d’énergie écologique de nouvelle génération car il peut utiliser la chaleur gaspillée dans la vie quotidienne comme électricité.

Surmonter les défis des générateurs thermoélectriques

Jusqu’à présent, la plupart des générateurs thermoélectriques utilisaient des PCB en céramique dure, ce qui rendait difficile leur application sur des surfaces courbes comme la peau ou les tuyaux d’eau chaude. Pour résoudre ce problème, des matériaux flexibles tels que le silicium et les polymères ont été adoptés comme supports, mais la conductivité thermique élevée était le problème.

Le joint déformable utilisé par l’équipe du Dr Hyekyoung Choi a une métastructure, ce qui augmente considérablement la stabilité structurelle du générateur thermoélectrique. Il peut être transformé en diverses formes, s’étire bien comme la peau humaine, et est facile à fixer n’importe où.

De plus, l’espace d’air partiel à l’intérieur du joint a d’excellentes propriétés isolantes, empêchant la perte de chaleur et sécurisant l’efficacité du générateur thermoélectrique en augmentant la différence de température jusqu’à 30% par rapport aux générateurs thermoélectriques flexibles existants.

Des performances inégalées

Les générateurs thermoélectriques de KERI sont extensibles jusqu’à 35% ou plus, et la densité de production d’énergie est plus de 20 fois supérieure (0.1μW/cm2 ⇒ 2~3μW/cm2). Même si le module du générateur thermoélectrique est grandement étendu, il n’y a presque aucune détérioration des caractéristiques électriques.

Cette extensibilité et cette efficacité sont les plus élevées au monde. L’équipe de recherche a atteint une durabilité qui permet au générateur de maintenir ses performances sans perte même après plus de 10 000 flexions répétées.

En synthèse

Cette réalisation est susceptible de recevoir une grande attention dans le domaine des dispositifs portables basés sur l’IoT et l’IA. Les dispositifs portables existants avaient l’inconvénient de devoir avoir une alimentation séparée comme une batterie, mais avec la technologie de récupération d’énergie thermique de KERI, ils peuvent simplement être attachés au corps pour produire de l’électricité en utilisant la chaleur corporelle, et même fournir de l’énergie directement à travers le module. Il peut également être appliqué au domaine médical de nouvelle génération.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce qu’un métamatériau mécanique ?

Un métamatériau mécanique est un matériau artificiel conçu pour se dilater dans les deux directions, horizontale et verticale, lorsqu’il est étiré horizontalement. C’est une propriété qui n’existe pas dans les matériaux naturels.

Qu’est-ce qu’un générateur thermoélectrique ?

Un générateur thermoélectrique est un dispositif qui convertit la différence de température entre deux extrémités en énergie électrique. Il est considéré comme un dispositif de récupération d’énergie écologique de nouvelle génération car il peut utiliser la chaleur gaspillée dans la vie quotidienne comme électricité.

Qu’est-ce qui rend les générateurs thermoélectriques de KERI uniques ?

Les générateurs thermoélectriques de KERI sont extensibles jusqu’à 35% ou plus, et la densité de production d’énergie est plus de 20 fois supérieure à celle des générateurs traditionnels. De plus, ils maintiennent leurs performances sans perte même après plus de 10 000 flexions répétées.

Quels sont les avantages des dispositifs portables utilisant la technologie du KERI ?

Les dispositifs portables utilisant la technologie de récupération d’énergie thermique de KERI peuvent simplement être attachés au corps pour produire de l’électricité en utilisant la chaleur corporelle, et même fournir de l’énergie directement à travers le module. Ils n’ont pas besoin d’une alimentation séparée comme une batterie.

Quelles sont les applications potentielles de cette technologie ?

Cette technologie peut être appliquée dans le domaine des dispositifs portables basés sur l’IoT et l’IA, ainsi que dans le domaine médical de nouvelle génération.

Principaux enseignements

Références

Article : « Partially Air-Filled Skin-Attachable Deformable Gasket with Negative Poisson’s Ratio for Highly-Efficient Stretchable Thermoelectric Generators » – DOI: 10.1002/aenm.202301252

Légende illustration principale : Générateurs thermoélectriques extensibles/flexibles utilisant des métamatériaux – Crédit : Korea Electrotechnology Research Institute (KERI)