La collecte d’énergie, une technologie permettant de transformer de petites quantités d’énergie naturelle (par exemple, la lumière, la chaleur et les vibrations) en électricité, attire l’attention en tant que méthode pour alimenter les appareils de l’Internet des objets (IoT). Cette technologie permet de réduire les impacts environnementaux et peut alimenter des appareils électroniques de manière stable et durable, contrairement aux batteries qui doivent être rechargées ou remplacées.
Les chercheurs des universités de Nagoya et de Kyushu se sont concentrés sur l’énergie provenant du minuscule mouvement d’un liquide et ont mis au point un dispositif qui génère plus de 5 volts d’électricité directement à partir du mouvement d’une gouttelette liquide. Ce dispositif, constitué de films minces et flexibles, génère de l’électricité lorsque des gouttes d’eau glissent sur sa surface supérieure. Cette technologie pourrait être appliquée à des dispositifs auto-alimentés utilisés dans les liquides, notamment des capteurs contrôlant la qualité des eaux usées des usines.
Leurs conclusions ont été publiées dans la revue Nano Energy.
L’énergie générée par le minuscule flux de liquide existe dans divers environnements, comme à l’intérieur des tuyaux des usines, et dans les dispositifs à micro-fluides, mais ce type d’énergie n’a pas été utilisé efficacement jusqu’à présent. Il a été démontré qu’une feuille de graphène peut générer de l’électricité à partir du mouvement du liquide à sa surface. Cependant, sa tension de sortie est limitée à environ 0,1 volt, ce qui n’est pas suffisant pour faire fonctionner des dispositifs électroniques.
Le groupe de recherche, composé d’Adha Sukma Aji de l’université de Nagoya, de Ryohei Nishi et de Yutaka Ohno et Hiroki Ago de l’université de Kyushu, a démontré que l’utilisation du disulfure de molybdène (MoS2) au lieu du graphène comme matière active dans le générateur permet de générer plus de 5 volts d’électricité à partir d’une gouttelette de liquide.
« Pour utiliser le MoS2 pour le générateur, il a été nécessaire de former un film monocouche de MoS2 de grande surface sur un film plastique. Avec les méthodes conventionnelles, il était cependant difficile de cultiver le MoS2 de manière uniforme sur un substrat de grande surface« , explique le professeur Ohno de l’Institut des matériaux et systèmes pour la durabilité de l’Université de Nagoya.
« Dans notre étude, nous avons réussi à fabriquer cette forme de film de MoS2 par dépôt chimique en phase vapeur en utilisant un substrat de saphir avec de l’oxyde de molybdène (MoO3) et des poudres de soufre. Nous avons également utilisé un film de polystyrène comme matériau porteur pour le film de MoS2, de sorte que nous avons pu transférer le film de MoS2 synthétisé à la surface du film plastique assez facilement« .
Le générateur nouvellement développé est suffisamment flexible pour être installé sur la surface interne courbe de la plomberie, et devrait donc être utilisé pour alimenter les dispositifs IoT utilisés dans les liquides, tels que les pluviomètres auto-alimentés et les détecteurs de pluies acides, ainsi que les capteurs de qualité de l’eau qui peuvent générer de l’énergie à partir des eaux usées industrielles tout en les surveillant.
Selon le professeur Ohno, « notre nanogénérateur MoS2 est capable de récolter de l’énergie à partir de multiples formes de mouvements de liquides, notamment les gouttelettes, les pulvérisations et les vagues de la mer. Dans une perspective plus large, ce dispositif pourrait également être utilisé dans des applications impliquant l’hydrodynamique, comme la production d’électricité à partir des eaux de pluie et des chutes d’eau« .
The article, « High output voltage generation of over 5 V from liquid motion on single-layer MoS2, » was published online in the journal Nano Energy on December 6, 2019 at DOI: 10.1016/j.nanoen.2019.104370.
This work was supported by the Japan Science and Technology Agency CREST program
[ Illustration – Crédit / PixaBay ]
Je ne connais pas le rendement de l’opération qui consiste à générer une tension à partir du mouvement d’une goutte d’eau. Mais ce que je sais, c’est calculer l’énergie totale libérée par le mouvement de cette goutte d’eau. Cette énergie est toujours supérieure à l’énergie captée par un dispositif quelconque, et le rapport entre l’énergie captée par le dispositif et l’énergie totale libérable par la goutte s’appelle le rendement. L’énergie totale récupérable s’appelle l’énergie potentielle. Elle est extrêmement faible. Pour fixer les idées, disons que l’énergie d’un litre d’eau (ce qui représente environ 20 000 gouttes d’eau) qui tombe d’une hauteur de 2 mètres libère une énergie égale à 20 joules. Cette énergie est capable d’élever la température de ce litre d’eau d’environ 0,005 degré. L’énergie nécessaire pour porter le litre d’eau à l’ébullition (de 20 °C à 100 °C) est d’à peu près 20 000 joules.
Je reprends donc les chiffres :
– énergie d’une goutte d’eau tombant de 2 m de haut : 20/20 000 = 0,001 joule
– énergie d’1 litre d’eau tombant de 2 m : 20 joules
– énergie pour porter 1 litre d’eau de 20 à 100 °C : 20 000 joules
On peut toujours inventer des dispositifs pour faire de l’électricité avec une goutte d’eau qui tombe ou qui glisse le long d’une surface. Mais l’intérêt énergétique de cette opération est pour le moins discutable.