Près de 200 ans après que le physicien français Jean Peltier ait découvert que le courant électrique circulant à travers la jonction de deux métaux différents pouvait être utilisé pour produire un effet de chauffage ou de refroidissement, les scientifiques continuent de rechercher de nouveaux matériaux thermoélectriques pouvant être utilisés pour la production d'électricité.

Les chercheurs écrivent Matériaux naturels , cependant, disent qu'il est temps d'intensifier les efforts pour trouver de nouveaux matériaux pour le refroidissement thermoélectrique.

Les composés de tellure de bismuth sont utilisés pour le refroidissement thermoélectrique depuis plus de 60 ans, et les chercheurs disent que le fait qu'il existe déjà une demande commerciale pour la technologie suggère que de meilleurs matériaux peuvent élargir le marché.

"La plupart des travaux se concentrent sur les matériaux à haute température pour la production d'électricité, mais il n'y a pas encore de marché là-bas, " dit Zhifeng Ren, directeur du Texas Center for Superconductivity à l'Université de Houston et auteur correspondant de l'article. « Le froid est un marché existant, un marché d'un milliard de dollars, et il n'y a pas eu beaucoup de progrès sur les matériaux."

Lui et ses co-auteurs Jun Mao, chercheur au TcSUH, et Gang Chen, ingénieur en mécanique et nanotechnologue au Massachusetts Institute of Technology, appellent à une concentration accrue sur le développement de nouveaux matériaux avancés qui fonctionnent à ou près de la température ambiante.

Les trois faisaient partie d'un groupe qui en 2019 a rapporté dans le journal Science un nouveau matériau qui fonctionne efficacement à température ambiante tout en ne nécessitant quasiment pas de tellure coûteux, une composante majeure du matériel de pointe actuel.

Le matériel, composé de magnésium et de bismuth, était presque aussi efficace que le matériau traditionnel bismuth-tellure. Les travaux d'amélioration du matériel sont en cours, dit Ren.

Les matériaux thermoélectriques fonctionnent en exploitant le flux de courant thermique d'une zone plus chaude vers une zone plus froide, fournissant une source d'énergie sans émission. Les matériaux peuvent 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 plus élevées.

Les modules de refroidissement thermoélectriques ont posé un plus grand défi car ils doivent fonctionner près de la température ambiante, rendant plus difficile l'obtention d'une figure de mérite thermoélectrique élevée, une métrique utilisée pour déterminer l'efficacité avec laquelle un matériau fonctionne. Les matériaux thermoélectriques utilisés pour la production d'électricité atteignent plus facilement une valeur élevée car ils fonctionnent à des températures plus élevées, souvent autour de 500 degrés centigrades, ou environ 930 Fahrenheit.

Mais il y a aussi des avantages aux appareils de refroidissement thermoélectriques :ils sont compacts, fonctionner silencieusement et peut basculer presque instantanément entre le chauffage et le refroidissement, permettant un contrôle précis de la température. Ils fonctionnent également sans générer de gaz à effet de serre nocifs pour la couche d'ozone.

Ils sont principalement utilisés pour de petites applications, y compris le transport de fournitures médicales et de refroidissement des diodes laser.

"Pour les appareils de refroidissement à grande échelle, un compresseur est encore plus efficace, " dit Ren, qui est également professeur titulaire de la chaire M.D. Anderson de physique. "Pour les petits systèmes ou pour toute application de refroidissement nécessitant un contrôle de température très précis, le refroidissement régulier par compresseur n'est pas aussi bon."

Mais la découverte de matériaux nouveaux et meilleurs pourrait élargir le marché.

"Si vous pouvez trouver des matériaux avec une plus grande figure de mérite, vous pouvez avoir une performance très compétitive pour les réfrigérateurs ou même la climatisation, " dit Ren. " Ce n'est pas encore là, mais je ne vois pas pourquoi cela ne pourrait pas être dans le futur."