Une technologie révolutionnaire permet de créer des appareils portables sans batterie et des capteurs IoT alimentés uniquement par la chaleur corporelle
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Le professeur Sung-Yeon Jang de l'École de génie énergétique et chimique de l'UNIST a développé la première cellule thermogalvanique de type N à semi-conducteurs haute performance au monde.
Une équipe de recherche affiliée à l'UNIST a dévoilé une avancée technologique révolutionnaire permettant à la chaleur corporelle de produire suffisamment d'électricité pour alimenter des appareils électroniques. Cette innovation ouvre la voie à la commercialisation de gadgets portables sans batterie et de capteurs IoT fonctionnant uniquement grâce à la chaleur générée par le corps humain.
Dirigée par le professeur Sung-Yeon Jang de l'École d'ingénierie énergétique et chimique de l'UNIST (Université nationale de science et de technologie d'Ulsan) en Corée du Sud, l'équipe de recherche a annoncé avoir développé la première cellule thermogalvanique à semi-conducteurs de type n haute performance au monde capable d'alimenter de véritables appareils électroniques.
Les cellules thermogalvaniques sont des générateurs compacts qui convertissent les différences de température, comme la température du corps humain (~36 °C) par rapport à celle de l'air ambiant (20-25 °C), en énergie électrique. Cependant, en raison du faible gradient de température, les systèmes précédents peinaient à produire suffisamment d'énergie pour faire fonctionner les appareils électroniques du quotidien.
Le nouveau dispositif à semi-conducteurs surmonte ce défi en fournissant une tension et un courant suffisants pour alimenter des appareils pratiques. Si les conceptions à semi-conducteurs offrent généralement des avantages tels que la sécurité contre les fuites, les problèmes de mobilité ionique au sein de l'électrolyte ont historiquement limité leur courant de sortie. L'équipe de recherche a conçu un électrolyte qui facilite le transport efficace des ions et, de plus, la diffusion ionique thermique améliore la tension de sortie globale.
En connectant 100 de ces cellules en série, comme pour construire avec des blocs LEGO, il est possible de générer environ 1,5 V à partir de la chaleur corporelle, un courant comparable à celui de piles AA standard. La connexion de 16 modules en série permet d'activer des appareils tels que des lumières LED, des horloges électroniques et des capteurs de température et d'humidité. Le coefficient Seebeck (variation de tension par différence de température) de la cellule est de –40,05 mV/K, soit jusqu'à cinq fois supérieur à celui des cellules de type N classiques. Le dispositif a également démontré une excellente durabilité, conservant des performances constantes après 50 cycles de charge-décharge.
Energy & Environmental Science (2025). DOI : 10.1039/D5EE01216C
Le cœur de cette cellule à semi-conducteurs est constitué d'un polymère conducteur, le PEDOT:PSS, et d'un couple redox Fe(ClO₄)₂/3. Les interactions électrostatiques entre les groupes sulfonates (–SO₃⁻) chargés négativement du polymère et les ions Fe²⁺/Fe³⁺ établissent une structure stable, tandis que les ions perchlorate (ClO₄⁻) sont libres de se déplacer, facilitant les effets de diffusion et de thermodiffusion des ions qui augmentent la puissance de sortie.
Le professeur Jang a déclaré : « Cette recherche marque une nouvelle étape dans la récupération d'énergie thermique résiduelle à basse température et dans les dispositifs flexibles de conversion d'énergie. Elle pourrait servir de système auto-alimenté pour l'électronique portable et les objets connectés autonomes fonctionnant uniquement grâce à la chaleur corporelle. »