La collecte d'énergie à partir de la chaleur résiduelle de l'environnement, telle que celle perdue par le corps humain, est une perspective attrayante pour alimenter de manière durable les petits appareils électroniques. Une thermocellule est un type de dispositif de récupération d'énergie qui convertit la chaleur environnementale en électricité grâce à l'effet de charge thermique.

Bien que les thermocellules soient peu coûteuses et efficaces, jusqu'à présent, seules de faibles tensions de sortie - seulement des dizaines de millivolts (mV) - ont été atteintes et ces tensions dépendent également de la température.

Ces inconvénients doivent être résolus pour que les thermocellules alimentent de manière fiable l'électronique et contribuent au développement d'une société durable.

Une équipe de recherche dirigée par l'Université de Tsukuba a récemment amélioré les performances de récupération d'énergie des thermocellules, rapprocher cette technologie de la commercialisation. Leurs conclusions sont publiées dans Rapports scientifiques ("Thermocell de récupération d'énergie avec utilisation de transition de phase").

L'équipe a développé une thermocellule contenant un matériau qui présentait une transition de phase induite par la température de sa structure cristalline. Juste au-dessus de la température ambiante, les atomes de ce matériau solide se sont réarrangés pour former une structure cristalline différente. Cette transition de phase a entraîné une augmentation de la tension de sortie de zéro à environ 120 mV, ce qui représente une amélioration considérable des performances par rapport aux thermocellules existantes.

"La transition de phase induite par la température de notre matériau a fait augmenter son volume, " explique le professeur Yutaka Moritomo, auteur principal de l'étude. "Cela a à son tour augmenté la tension de sortie de la thermocellule."

Les chercheurs ont pu ajuster finement la température de transition de phase de leur matériau afin qu'il se situe juste au-dessus de la température ambiante. Lorsqu'une thermocellule contenant ce matériau était chauffée au-dessus de cette température, la transition de phase du matériau a été induite, ce qui a conduit à une augmentation substantielle de la tension de sortie de zéro à basse température à environ 120 mV à 50 °C.

En plus de s'attaquer au problème de la faible tension de sortie, la thermocellule contenant le matériau de transition de phase a également surmonté le problème d'une tension de sortie dépendante de la température. Parce que l'augmentation de la tension de sortie de la thermocellule induite par la transition de phase thermique était beaucoup plus importante que les fluctuations dépendant de la température de la tension de sortie, ces fluctuations pourraient être ignorées.

"Nos résultats suggèrent que les performances des thermocellules peuvent être fortement améliorées en incluant un matériau qui présente une transition de phase à une température appropriée, " déclare le professeur Moritomo. " Ce concept est un moyen attrayant de réaliser des dispositifs de récupération d'énergie plus efficaces. "

La conception de l'équipe de recherche combinant la technologie des thermocellules avec un matériau de transition de phase adapté de manière appropriée conduit à une capacité accrue de récupérer la chaleur résiduelle pour alimenter l'électronique, qui est un processus respectueux de l'environnement. Cette conception a le potentiel de fournir des alimentations indépendantes pour l'électronique de pointe.