Figure 1. Photo et conception schématique du module FlexTEG, photo de puces semi-conductrices Bismuth-telluride (Bi-Te), et la tension et la puissance en fonction du courant pour le module FlexTEG à différents gradients de température. Crédit :Université d'Osaka
Une équipe de chercheurs dirigée par l'Université d'Osaka a développé un module de générateur thermoélectrique flexible à grande échelle (FlexTEG) peu coûteux avec une fiabilité mécanique élevée pour une production d'électricité très efficace. Grâce à un changement de direction des électrodes supérieures des deux côtés du module et à l'utilisation d'un boîtier haute densité de puces semi-conductrices, le module FlexTEG a plus de flexibilité dans n'importe quelle direction uniaxiale. Cette efficacité améliorée de la récupération, ou conversion thermoélectrique, de chaleur perdue d'une source de chaleur courbe, améliorant la fiabilité mécanique du module car moins de contraintes mécaniques sont exercées sur les puces semi-conductrices dans le module.
Les résultats de la recherche de l'équipe ont été publiés dans Technologies avancées des matériaux .
On dit que la société 5.0, une société ultra-intelligente dans laquelle notre espace de vie sera mis en réseau par diverses technologies IoT (Internet des objets), viendra dans un futur proche. Un système de génération thermoélectrique pour produire en permanence de l'électricité en récupérant efficacement l'énergie thermique résiduelle émise dans l'environnement est un moyen efficace de conserver l'environnement mondial et d'économiser de l'énergie, et la recherche pour appliquer ce système aux sources d'énergie pour les appareils IoT de prochaine génération a attiré l'attention.
La technologie de conversion thermoélectrique convertit directement l'énergie thermique en énergie électrique, et vice versa. Puisqu'il permet la conversion d'énergie en fonction de la différence de température même si la différence est faible, cette technologie de nouvelle génération contribuera à la récupération d'énergie, un processus qui capture de petites quantités d'énergie qui seraient autrement perdues.
La conversion thermoélectrique est l'une des techniques les plus appropriées pour convertir la chaleur résiduelle à basse température (150 °C ou moins) en énergie électrique, conduisant au développement de systèmes de production d'électricité utilisant le module TEG. Cependant, la technique de conditionnement des modules de génération thermoélectrique pouvant fonctionner dans une plage de 100-150°C n'étant pas encore établie, la technologie de génération thermoélectrique pour cette gamme n'a pas été utilisée dans la pratique. En outre, le coût de production des modules de production d'électricité à température ambiante était si élevé que les applications de la technologie étaient limitées à des domaines spécifiques, telles que les applications dans l'espace.
En montant de petites puces semi-conductrices thermoélectriques (TE) sur un substrat flexible à haute densité de conditionnement, les chercheurs ont obtenu une adhésion fiable et stable avec des contacts électriques entre les puces et le substrat flexible, réaliser une récupération efficace (conversion thermoélectrique) de la chaleur perdue. Dans les modules de conversion thermoélectrique non flexibles classiques, les électrodes supérieures des deux côtés étaient montées perpendiculairement aux autres électrodes supérieures, la courbure du module était donc limitée. Cependant, dans ce module FlexTEG, toutes les électrodes supérieures ont été intégrées en parallèle, offrant une flexibilité lorsqu'il est plié dans n'importe quelle direction uniaxiale. Cette réduction des contraintes mécaniques sur les copeaux, amélioration de la fiabilité mécanique (physique) du module FlexTEG.
Figure 2. (a) Conception schématique du module FlexTEG, Structure de structuration de puces de type p et n de deux découplements (b) dans l'approche conventionnelle et (c) dans cette étude. Crédit :Université d'Osaka
L'auteur principal Tohru Sugahara a déclaré :"En raison de la résistance à la chaleur de tous les matériaux d'emballage semi-conducteurs (jusqu'à environ 150°C) et de la flexibilité mécanique du module, notre module FlexTEG sera utilisé comme module générateur thermoélectrique de conversion pour la chaleur perdue de 150°C ou moins. Sa technique de montage est basée sur les techniques conventionnelles d'emballage de semi-conducteurs, donc la production en série et la réduction des coûts des modules de conversion thermoélectrique sont prévues. »
