La chaleur résiduelle est une source prometteuse de conservation et de réutilisation de l'énergie, au moyen de la conversion de cette chaleur en électricité, un processus appelé conversion thermoélectrique. Les dispositifs de conversion thermoélectrique disponibles dans le commerce sont synthétisés à l'aide de métaux rares. Bien qu'ils soient assez efficaces, ils sont coûteux et, dans la majorité des cas, utilisent des matériaux toxiques. Ces deux facteurs ont conduit à l'utilisation limitée de ces convertisseurs. L'une des alternatives est constituée par les matériaux thermoélectriques à base d'oxydes, mais le principal inconvénient de ceux-ci est le manque de preuve de leur stabilité à haute température.

Une équipe dirigée par le professeur Hiromichi Ohta de l'Institut de recherche en sciences électroniques de l'Université d'Hokkaido a synthétisé un convertisseur thermoélectrique à base d'oxyde de cobalt et de baryum qui est reproductiblement stable et efficace à des températures aussi élevées que 600°C. Les conclusions de l'équipe ont été publiées dans la revue ACS Applied Materials &Interfaces .

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. Cependant, l'efficacité de la conversion thermoélectrique dépend d'un chiffre appelé facteur de mérite thermoélectrique ZT. Historiquement, les convertisseurs à base d'oxyde avaient un ZT faible, mais des recherches récentes ont révélé de nombreux candidats ayant un ZT élevé, mais leur stabilité à haute température n'était pas bien documentée.

Le groupe d'Hiromichi Ohta travaille sur des films d'oxyde de cobalt en couches depuis plus de deux décennies. Dans cette étude, l'équipe a cherché à examiner la stabilité thermique et chimique de ces films, ainsi qu'à mesurer leurs valeurs ZT, à des températures élevées. Ils ont testé des films d'oxyde de cobalt recouverts de sodium, de calcium, de strontium ou de baryum, en analysant leur structure, leur résistivité et leur conductivité thermique.

Ils ont découvert que parmi les quatre variantes, le film en couches d'oxyde de baryum et de cobalt conservait sa stabilité en termes d'intégrité structurelle et de résistivité électrique à des températures aussi élevées que 600°C. En comparaison, les films d'oxyde de cobalt de sodium et de calcium n'étaient stables que jusqu'à 350°C, et le film d'oxyde de cobalt de strontium était stable jusqu'à 450°C. Le ZT du film d'oxyde de baryum et de cobalt augmentait avec la température, atteignant ~0,55 à 600 °C, comparable à certains convertisseurs thermoélectriques disponibles dans le commerce.

"Notre étude a montré que les films d'oxyde de cobalt et de baryum seraient d'excellents candidats pour les dispositifs de conversion thermoélectrique à haute température", a déclaré Hiromichi Ohta. "En outre, ils sont respectueux de l'environnement, ce qui offre un potentiel de déploiement à grande échelle." + Explorer plus loin

Des chercheurs développent un oxyde de cobalt en couches avec un facteur de mérite thermoélectrique record