La technologie de l’énergie des vagues est une source éprouvée de production d’énergie, mais chaque molécule de liquide sur terre contient en elle-même une forme d’énergie, même au repos. Si nous pouvions exploiter le mouvement à l’échelle nanométrique, cela pourrait représenter une source d’énergie considérable.
À l’échelle moléculaire, les atomes et les ions sont toujours en mouvement. « Il y a d’énormes quantités d’air et de liquide sur la terre, et leur exploitation réussie pourrait produire une quantité gigantesque d’énergie pour la société », a commenté l’auteur Yucheng Luan.
Dans un article publié dans APL Materials, les chercheurs ont testé un dispositif de récupération d’énergie moléculaire qui capture l’énergie du mouvement naturel des molécules dans un liquide.
Un dispositif innovant pour la récupération d’énergie
Leur travail a montré que le mouvement moléculaire peut être utilisé pour générer un courant électrique stable. Pour créer le dispositif, les chercheurs ont immergé des nano-réseaux de matériau piézoélectrique dans un liquide, permettant au mouvement du liquide de faire bouger les brins comme des algues ondulant dans l’océan, sauf que dans ce cas, le mouvement est à l’échelle invisible, moléculaire, et les brins sont faits d’oxyde de zinc.
L’oxyde de zinc a été choisi pour ses propriétés piézoélectriques, ce qui signifie que lorsqu’il ondule, se courbe ou se déforme sous l’effet du mouvement, il génère un potentiel électrique. « En tant que matériau piézoélectrique bien étudié, l’oxyde de zinc peut être facilement synthétisé en diverses nanostructures, y compris des nanofils », a ajouté Yucheng Luan.
Des applications potentielles variées
Leurs dispositifs de récolte d’énergie pourraient être utilisés pour alimenter des nanotechnologies comme les dispositifs médicaux implantables, ou ils pourraient être mis à l’échelle pour des générateurs de taille réelle et une production d’énergie à l’échelle du kilowatt. Une caractéristique clé de la conception du dispositif est qu’il ne dépend d’aucune force externe, ce qui augmente son potentiel en tant que source d’énergie propre révolutionnaire.
En synthèse
« Les dispositifs de récolte de mouvement thermique moléculaire n’ont pas besoin de stimulation externe, ce qui est un grand avantage par rapport à d’autres récolteurs d’énergie », a déclaré Luan. « À l’heure actuelle, l’énergie électrique est principalement obtenue par l’énergie externe, comme l’énergie éolienne, l’énergie hydroélectrique, l’énergie solaire, et d’autres. Ce travail ouvre la possibilité de générer de l’énergie électrique grâce au mouvement thermique moléculaire des liquides, à partir de l’énergie interne du système physique qui est essentiellement différente du mouvement mécanique ordinaire. »
Les auteurs travaillent déjà sur la prochaine phase de leur conception pour améliorer la densité énergétique du dispositif en testant différents liquides, des matériaux piézoélectriques performants, et de nouvelles architectures de dispositifs et en agrandissant le dispositif.
« Nous croyons que ce nouveau type de système deviendra une façon indispensable pour les êtres humains d’obtenir de l’énergie électrique dans un avenir proche .»
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que l’énergie moléculaire ?
L’énergie moléculaire fait référence à l’énergie inhérente à chaque molécule de liquide sur terre, même au repos. À l’échelle moléculaire, les atomes et les ions sont toujours en mouvement. Si ce mouvement à l’échelle nanométrique peut être récolté, il pourrait être une grande source d’énergie.
Comment fonctionne le dispositif de récolte d’énergie moléculaire ?
Le dispositif de récolte d’énergie moléculaire capture l’énergie du mouvement naturel des molécules dans un liquide. Les chercheurs ont immergé des nano-réseaux de matériau piézoélectrique dans un liquide, permettant au mouvement du liquide de faire bouger les brins comme des algues ondulant dans l’océan.
Pourquoi l’oxyde de zinc a-t-il été choisi pour le dispositif ?
L’oxyde de zinc a été choisi pour ses propriétés piézoélectriques, ce qui signifie que lorsqu’il ondule, se courbe ou se déforme sous l’effet du mouvement, il génère un potentiel électrique.
Quelles sont les applications potentielles de ce dispositif ?
Les dispositifs de récolte d’énergie pourraient être utilisés pour alimenter des nanotechnologies comme les dispositifs médicaux implantables, ou ils pourraient être mis à l’échelle pour des générateurs de taille réelle et une production d’énergie à l’échelle du kilowatt.
Quels sont les avantages de ce dispositif par rapport à d’autres récolteurs d’énergie ?
Une caractéristique clé de la conception du dispositif est qu’il ne dépend d’aucune force externe, ce qui augmente son potentiel en tant que source d’énergie propre révolutionnaire.
L’article « Molecular thermal motion harvester for electricity conversion » est rédigé par Yucheng Luan, Fengwei Huo, Mengshi Lu, Wei Li et Tonghao Wu. DOI : 10.1063/5.0169055
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