Schéma du nouveau générateur thermoélectrique

Les ingénieurs du National Institute for Materials Science (NIMS) du Japon ont mis au point un nouveau type de générateur thermoélectrique qui produit un courant électrique grâce à un gradient de température. En absorbant la chaleur du soleil sur une surface et en l’émettant sur une autre, le dispositif peut produire de l’électricité jour et nuit.

Selon un principe de base de la physique, la chaleur se déplace des objets plus chauds vers les objets plus froids. Les générateurs thermoélectriques exploitent ce phénomène : le gradient de température entre deux surfaces provoque le déplacement des électrons de la surface la plus chaude vers la surface la plus froide, créant ainsi un courant électrique. C’est ce qu’on appelle l’effet Seebeck. En théorie, ces matériaux, peintures et générateurs thermoélectriques pourraient être utilisés pour recycler la chaleur perdue de presque n’importe quel endroit, comme les moteurs, les tuyaux d’échappement, les centrales électriques et même les vêtements ou les ustensiles de cuisine.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs du NIMS ont mis au point un générateur thermoélectrique alimenté par l’énergie solaire, basé sur une variation du principe appelé effet Seebeck de spin. Dans ce cas, le courant émerge du flux des spins des électrons, produit par des matériaux magnétiques dans chaque électrode.

La nouvelle conception se compose de quatre couches, chacune ayant un rôle important à jouer. Les deux couches supérieures sont transparentes pour laisser passer la lumière du soleil vers les deux couches inférieures, qui l’absorbent. Cela signifie que la couche supérieure reste froide, que la couche inférieure reste chaude et que les deux couches intermédiaires produisent de l’électricité à partir du gradient de température qui en résulte.

L’un des principaux facteurs qui limitent l’utilité des générateurs thermoélectriques est que le côté froid ne peut pas évacuer la chaleur assez rapidement, de sorte que le gradient de température s’équilibre. Le nouveau dispositif contourne ce problème en évacuant son excès de chaleur directement dans l’espace. Cela grâce à la couche supérieure, un paramagnétique en grenat de gadolinium gallium (GGG), qui émet un rayonnement infrarouge traversant directement l’atmosphère.

La deuxième couche est un ferromagnétique en grenat d’yttrium et de fer, qui produit le courant de spin à partir du gradient de température. La troisième couche est un paramagnétique en platine, qui convertit ce courant de spin en une tension utilisable. Enfin, la dernière couche est recouverte d’une peinture à corps noir, qui absorbe la lumière du soleil et retient la chaleur.

L’équipe explique que cette conception permet au dispositif de continuer à produire de l’électricité jour et nuit, car les couches inférieures conservent leur chaleur pendant un certain temps. Selon les ingénieurs, le dispositif fonctionne mieux par temps clair, car les nuages peuvent empêcher le rayonnement infrarouge de s’échapper.

Cela dit, ils admettent que l’efficacité de la version actuelle est encore assez faible. Ils prévoient d’essayer de l’améliorer en modifiant la conception et les matériaux.

https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/14686996.2021.1920820

https://www.nims.go.jp/eng/index.html

https://www.asiaresearchnews.com/content/spinning-electricity-heat-and-cold