Les matériaux thermoélectriques peuvent utiliser les différences thermiques pour produire de l'électricité. Il existe désormais un moyen peu coûteux et respectueux de l'environnement de les produire avec les outils les plus simples :un crayon, papier à photocopier, et peinture conductrice. Ceux-ci suffisent à convertir une différence de température en électricité par effet thermoélectrique, qui a maintenant été démontré par une équipe du Helmholtz-Zentrum Berlin.

L'effet thermoélectrique a été découvert il y a près de 200 ans par Thomas J. Seebeck. Si deux métaux de températures différentes sont réunis, ils peuvent développer une tension électrique. Cet effet permet de convertir partiellement la chaleur résiduelle en énergie électrique. La chaleur résiduelle est un sous-produit de presque tous les processus technologiques et naturels, comme dans les centrales électriques et les appareils électroménagers, sans parler du corps humain. C'est aussi l'une des sources d'énergie les plus sous-utilisées au monde.

Petit effet

Cependant, un effet aussi utile soit-il, il est extrêmement petit dans les métaux ordinaires. En effet, les métaux ont non seulement une conductivité électrique élevée, mais aussi une conductivité thermique élevée, de sorte que les différences de température disparaissent immédiatement. Les matériaux thermoélectriques doivent avoir une faible conductivité thermique malgré leur conductivité électrique élevée. Des dispositifs thermoélectriques constitués de matériaux semi-conducteurs inorganiques tels que le tellurure de bismuth sont déjà utilisés aujourd'hui dans certaines applications technologiques. Cependant, de tels systèmes matériels sont coûteux et leur utilisation n'est payante que dans certaines situations. Les chercheurs étudient si la flexibilité, des matériaux organiques non toxiques à base de nanostructures de carbone, par exemple, pourrait également être utilisé dans le corps humain.

L'équipe dirigée par le professeur Norbert Nickel au HZB a maintenant montré que l'effet peut être obtenu beaucoup plus simplement - en utilisant un crayon normal de qualité HB, ils ont couvert une petite zone avec un crayon sur du papier de photocopie ordinaire. En tant que deuxième matériau, ils ont appliqué un transparent, peinture copolymère conductrice (PEDOT :PSS) sur la surface.

Les traces de crayon sur le papier ont délivré une tension comparable à d'autres nanocomposites beaucoup plus chers qui sont actuellement utilisés pour les éléments thermoélectriques flexibles. Et cette tension pourrait être décuplée en ajoutant du séléniure d'indium au graphite du crayon.

Les chercheurs ont étudié des films de revêtement de graphite et de copolymère à l'aide d'un microscope électronique à balayage et de la diffusion Raman au HZB. "Les résultats ont été très surprenants pour nous aussi, " dit Nickel. " Mais nous avons maintenant trouvé une explication de pourquoi cela fonctionne si bien - le dépôt de crayon laissé sur le papier forme une surface caractérisée par des flocons de graphite non ordonnés, du graphène, et de l'argile. Bien que cela ne réduise que légèrement la conductivité électrique, la chaleur est transportée beaucoup moins efficacement.

Ces composants simples pourraient être utilisables à l'avenir pour imprimer extrêmement peu coûteux, écologique, et des composants thermoélectriques non toxiques sur du papier. Ces composants minuscules et flexibles pourraient également être utilisés directement sur le corps et utiliser la chaleur corporelle pour faire fonctionner de petits appareils ou capteurs.