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    Des chercheurs signalent un nouveau matériau thermoélectrique avec des facteurs de puissance élevés

    Images MEB du matériau pressé à chaud à a) 1123 K, b) 1173 K, c) 1273 K, et d) 1373 K. Crédit :Université de Houston

    Les économies d'énergie devant jouer un rôle croissant dans la gestion de la demande mondiale, les matériaux et les méthodes qui font un meilleur usage des sources d'énergie existantes sont devenus de plus en plus importants.

    Les chercheurs ont rapporté cette semaine dans le Actes de l'Académie nationale des sciences qu'ils ont fait un pas en avant dans la conversion de la chaleur résiduelle - des cheminées industrielles, des centrales électriques ou même des pots d'échappement d'automobiles - en électricité.

    L'oeuvre, utilisant un composé thermoélectrique composé de niobium, titane, fer et antimoine, a réussi à augmenter considérablement la densité de puissance de sortie du matériau en utilisant une température de pressage très chaude - jusqu'à 1373 Kelvin, ou environ 2, 000 degrés Fahrenheit - pour créer le matériau.

    "La majorité de l'apport énergétique industriel est perdu sous forme de chaleur résiduelle, " ont écrit les chercheurs. " La conversion d'une partie de la chaleur perdue en énergie électrique utile conduira à la réduction de la consommation de combustibles fossiles et des émissions de CO2 ".

    Les matériaux thermoélectriques produisent de l'électricité en exploitant le flux de courant thermique d'une zone plus chaude vers une zone plus froide, et leur efficacité est calculée comme la mesure de la façon dont le matériau convertit la chaleur - souvent la chaleur perdue générée par les centrales électriques ou d'autres processus industriels - en énergie. Par exemple, un matériau qui absorbe 100 watts de chaleur et produit 10 watts d'électricité a un taux d'efficacité de 10 %.

    C'est la façon traditionnelle de considérer les matériaux thermoélectriques, dit Zhifeng Ren, MD Anderson Professeur de physique à l'Université de Houston et auteur principal de l'article. Mais avoir une efficacité de conversion relativement élevée ne garantit pas une puissance de sortie élevée, qui mesure la quantité d'énergie produite par le matériau plutôt que le taux de conversion.

    Parce que la chaleur résiduelle est une source abondante - et gratuite - de combustible, le taux de conversion est moins important que la quantité totale d'énergie pouvant être produite, dit Ren, qui est également chercheur principal au Texas Center for Superconductivity à UH. "Autrefois, cela n'a pas été souligné."

    En plus de Ren, les chercheurs impliqués dans le projet incluent Ran He, juin Mao, Qing Jie, Jing Shuai, Salut Seok Kim, Yuan Liu et Paul C.W. Chu, tout UH; Daniel Kraemer, Lingping Zeng et Gang Chen du Massachusetts Institute of Technology; Yucheng Lan de l'Université d'État de Morgan, et Chunhua Li et David Broido du Boston College.

    Les chercheurs ont modifié un composé composé de niobium, fer et antimoine, remplacer entre 4 et 5 pour cent du niobium par du titane. Le traitement du nouveau composé à une variété de températures élevées a suggéré qu'une température très élevée - 1373 Kelvin - a donné lieu à un matériau avec un facteur de puissance inhabituellement élevé.

    "Pour la plupart des matériaux thermoélectriques, un facteur de puissance de 40 est bon, " dit Ren. "Beaucoup ont un facteur de puissance de 20 ou 30."

    Le nouveau matériau a un facteur de puissance de 106 à température ambiante, et les chercheurs ont pu démontrer une densité de puissance de sortie de 22 watts par centimètre carré, bien supérieur aux 5 à 6 watts typiquement produits, il a dit.

    "Cet aspect de la thermoélectrique doit être souligné, " at-il dit. " Vous ne pouvez pas simplement regarder l'efficacité. Il faut aussi tenir compte du facteur de puissance et de la puissance de sortie."

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