La chaleur résiduelle est une source d'énergie renouvelable très prometteuse; cependant, l'efficacité de l'utilisation de la chaleur pour produire de l'énergie a toujours été bien inférieure à celle de l'hydroélectricité, l'énergie éolienne ou solaire. Bien qu'il existe un certain nombre de matériaux qui peuvent être utilisés pour la production d'énergie à partir de la chaleur résiduelle, ils souffrent tous de divers problèmes allant d'une faible stabilité à une faible efficacité. Néanmoins, le fait qu'un grand nombre d'industries génèrent de grandes quantités de chaleur résiduelle a conduit la recherche dans ce domaine.

Une équipe de scientifiques dirigée par le professeur Hiromichi Ohta au Research Institute for Electronic Science (RIES), Université d'Hokkaido, a récemment développé un oxyde de cobalt en couches avec un facteur de mérite thermoélectrique record pour les oxydes métalliques à température ambiante. Leurs conclusions ont été publiées dans la revue Journal de la chimie des matériaux A .

La conversion thermoélectrique est entraînée par l'effet Seebeck :lorsqu'il y a une différence de température à travers un matériau conducteur, un courant électrique est généré. Historiquement, l'efficacité de la conversion chaleur-électricité des oxydes métalliques était très faible; cependant, les dispositifs thermoélectriques à base d'oxyde métallique sont hautement souhaités en raison de leur compatibilité environnementale. L'efficacité de conversion thermoélectrique d'un appareil dépend d'un facteur clé appelé la figure de mérite thermoélectrique (ZT).

Le groupe d'Hiromichi Ohta a développé un oxyde de cobalt en couches qui présente un ZT élevé et est stable dans une plage de températures de fonctionnement. Oxyde de sodium-cobalt bien connu, où alternent les couches d'oxydes de sodium et de cobalt, montre un très faible ZT d'environ 0,03, mais le matériau développé par le groupe d'Ohta a atteint un ZT de 0,11. Le groupe a remplacé le sodium par d'autres métaux alcalins ou alcalino-terreux :calcium, strontium, et baryum.

Le matériau d'oxyde de baryum-cobalt en couches présentait un ZT record de 0,11 à température ambiante. L'augmentation de ZT est directement causée par la diminution de la conductivité thermique du baryum. Comme les scientifiques l'ont supposé, plus la masse atomique est grande, plus la conductivité thermique est faible, résultant en un ZT plus élevé. Cela est dû au fait que les atomes plus lourds suppriment les vibrations dans les couches d'oxyde de cobalt causées par le chauffage. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour optimiser la composition du matériau pour une efficacité et une stabilité supérieures, ainsi que de déterminer les applications pratiques les plus utiles.

Hiromichi Ohta est à la tête du Laboratoire des matériaux fonctionnels en couches minces du RIES, Université d'Hokkaido. Ses domaines de recherche incluent la thermoélectrique, Modulation de la thermopuissance, Optoélectronique et Iontronique.