Dans un monde où la consommation d'énergie est en hausse, notre seul espoir est le développement de nouvelles technologies de production d'énergie. Bien que les sources d'énergie renouvelables actuellement utilisées telles que l'énergie éolienne et solaire aient leurs avantages, il y a un gigantesque, permanent, et une source d'énergie inexploitée littéralement sous notre nez :la géothermie.

La production d'électricité à partir de l'énergie géothermique nécessite des appareils capables d'utiliser d'une manière ou d'une autre la chaleur contenue dans la croûte terrestre. Récemment, une équipe de scientifiques de Tokyo Tech, dirigé par le Dr Sachiko Matsushita, ont fait de grands progrès dans la compréhension et le développement des cellules thermiques sensibilisées (CTS), une sorte de batterie qui peut générer de l'énergie électrique à 100 degrés C ou moins.

Il existe plusieurs méthodes pour convertir la chaleur en énergie électrique, cependant, leur application à grande échelle n'est pas réalisable. Par exemple, les batteries redox chaudes et froides et les dispositifs basés sur l'effet Seebeck ne sont pas possibles pour simplement les enterrer à l'intérieur d'une source de chaleur et les exploiter.

L'équipe du Dr Matsushita a déjà signalé l'utilisation des STC comme nouvelle méthode de conversion directe de la chaleur en énergie électrique à l'aide de cellules solaires à colorant. Ils ont également remplacé le colorant par un semi-conducteur pour permettre au système de fonctionner en utilisant de la chaleur au lieu de la lumière. La figure 1 représente à titre illustratif le STC, une batterie qui se compose de trois couches prises en sandwich entre les électrodes :une couche de transport d'électrons (ETM), une couche semi-conductrice (germanium), et une couche d'électrolyte solide (ions de cuivre). En bref, les électrons passent d'un état de basse énergie à un état de haute énergie dans le semi-conducteur en devenant thermiquement excités, puis sont transférés naturellement vers l'ETM. Après, ils sortent par l'électrode, passer par un circuit externe, passer par la contre-électrode, puis atteindre l'électrolyte. Des réactions d'oxydation et de réduction impliquant des ions cuivre ont lieu aux deux interfaces de l'électrolyte, résultant en un transfert d'électrons de faible énergie vers la couche semi-conductrice afin que le processus puisse recommencer, complétant ainsi un circuit électrique.

Cependant, il n'était pas clair à l'époque si une telle batterie pouvait être utilisée comme moteur perpétuel ou si le courant s'arrêterait à un moment donné. Après essai, l'équipe a observé que l'électricité s'arrêtait en effet de circuler après un certain temps et a proposé un mécanisme expliquant ce phénomène. Essentiellement, le courant s'arrête car les réactions d'oxydoréduction au niveau de la couche d'électrolyte s'arrêtent en raison de la relocalisation des différents types d'ions cuivre. Plus important encore, et aussi étonnamment, ils ont découvert que la batterie peut inverser cette situation elle-même en présence de chaleur en ouvrant simplement le circuit externe pendant un certain temps; en d'autres termes, à l'aide d'un simple interrupteur. "Avec une telle conception, Chauffer, généralement considérée comme une énergie de mauvaise qualité, deviendrait une grande source d'énergie renouvelable, " déclare Matsushita.

L'équipe est très enthousiasmée par leur découverte en raison de son applicabilité, respect de l'environnement, et le potentiel d'aider à résoudre la crise énergétique mondiale. "Il n'y a pas de peur des radiations, pas peur du pétrole cher, pas d'instabilité de la production d'électricité comme lorsqu'on se fie au soleil ou au vent, " remarque Matsushita. D'autres améliorations à ce type de batterie feront l'objet de recherches futures, avec l'espoir de résoudre un jour les besoins énergétiques de l'humanité sans nuire à notre planète.