Votre volant a-t-il été trop chaud pour être touché cet été ? Un nouveau matériau thermoélectrique rapporté dans la revue Science pourrait offrir un soulagement.

L'adoption généralisée de dispositifs thermoélectriques capables de convertir directement l'électricité en énergie thermique pour le refroidissement et le chauffage a été entravée, en partie, par le manque de matériaux à la fois peu coûteux et très efficaces à température ambiante.

Aujourd'hui, des chercheurs de l'Université de Houston et du Massachusetts Institute of Technology ont signalé la découverte d'un nouveau matériau qui fonctionne efficacement à température ambiante tout en ne nécessitant presque pas de tellure coûteux, une composante majeure du matériel de pointe actuel.

L'oeuvre, décrit dans un article publié en ligne par Science Jeudi, 18 juillet a des applications potentielles pour garder les appareils électroniques, véhicules et autres composants de la surchauffe, dit Zhifeng Ren, auteur correspondant sur les travaux et directeur du Texas Center for Superconductivity à UH, où il est également professeur de physique M.D. Anderson.

"Nous avons produit un nouveau matériau, qui est peu coûteux mais fonctionne toujours presque aussi bien que le traditionnel, matériel plus cher, " a déclaré Ren. Les chercheurs disent que les travaux futurs pourraient combler le léger écart de performance entre leur nouveau matériau et le matériau traditionnel, un alliage à base de bismuth-tellure.

Les matériaux thermoélectriques fonctionnent en exploitant le flux de courant thermique d'une zone plus chaude vers une zone plus froide, et les modules de refroidissement thermoélectrique fonctionnent selon l'effet Peltier, qui décrit le transfert de chaleur entre deux jonctions électriques.

Les matériaux thermoélectriques peuvent également être utilisés pour transformer la chaleur résiduelle provenant des centrales électriques, les tuyaux d'échappement des automobiles et d'autres sources - en électricité, et un certain nombre de nouveaux matériaux ont été signalés pour cette application, ce qui nécessite que les matériaux fonctionnent à des températures beaucoup plus élevées.

Les modules de refroidissement thermoélectriques ont posé un grand défi car ils doivent fonctionner à des températures plus froides, où la figure de mérite thermoélectrique, ou ZT, est faible car il dépend de la température. La figure de mérite est une métrique utilisée pour déterminer l'efficacité avec laquelle un matériau thermoélectrique fonctionne.

Malgré le défi, modules de refroidissement thermoélectrique également, au moins pour l'instant, offrir plus de potentiel commercial, en partie parce qu'ils peuvent fonctionner pendant une longue durée de vie à des températures plus froides; la production d'énergie thermoélectrique est compliquée par des problèmes liés aux températures élevées auxquelles elle fonctionne, y compris l'oxydation et l'instabilité thermique.

Le marché du refroidissement thermoélectrique est en pleine croissance. "Le marché mondial des modules thermoélectriques valait environ 0,6 milliard de dollars américains en 2018 et devrait atteindre environ 1,7 milliard de dollars américains d'ici 2027, ", ont écrit les chercheurs.

Les alliages bismuth-tellure sont considérés depuis des décennies comme le matériau le plus performant pour le refroidissement thermique, mais les chercheurs ont déclaré que le coût élevé du tellure limitait son utilisation généralisée. juin Mao, chercheur post-doctoral à l'UH et premier auteur de l'article, a déclaré que le coût avait récemment baissé, mais qu'il restait à environ 50 $/kilogramme. Cela se compare à environ 6 $/kilogramme pour le magnésium, un composant principal du nouveau matériau.

En plus de Ren et Mao, les auteurs supplémentaires sur le papier incluent Hangtian Zhu, Zihang Liu et Geethal Amila Gamage, tous les départements de physique de l'UH et TcSUH, et Zhiwei Ding et Gang Chen du Département de génie mécanique du Massachusetts Institute of Technology.

Ils ont signalé que le nouveau matériel, composé de magnésium et de bismuth et créé sous une forme portant une charge négative, connu sous le nom de type n, était presque aussi efficace que le matériau traditionnel bismuth-tellure. Cette, combiné avec le moindre coût, devrait étendre l'utilisation des modules thermoélectriques pour le refroidissement, ils ont dit.

Pour produire un module thermoélectrique utilisant le nouveau matériau, les chercheurs l'ont combiné avec un porteur de charge positive, ou de type p, version de l'alliage traditionnel bismuth-tellure. Mao a déclaré que cela leur permettait d'utiliser la moitié moins de tellure que la plupart des modules actuels.

Parce que le coût des matériaux représente environ un tiers du coût de l'appareil, que les économies s'additionnent, il a dit.

Le nouveau matériau maintient également le contact électrique avec plus de succès que la plupart des matériaux nanostructurés, les chercheurs ont rapporté.