Crédit :Université des sciences et technologies de Pohang (POSTECH)
La conversion thermoélectrique (TE) offre une production d'électricité sans carbone à partir de la géothermie, déchets, chaleur corporelle ou solaire, et semble être la technologie de conversion d'énergie de prochaine génération. Au cœur d'une telle conversion TE, il se trouve un dispositif thermoélectrique tout solide qui permet la conversion d'énergie sans émission de bruit, vibrations, ou polluants. Pour ça, une équipe de recherche POSTECH a proposé un moyen de concevoir le dispositif thermoélectrique de nouvelle génération qui présente un processus de fabrication et une structure remarquablement simples par rapport aux dispositifs conventionnels, tout en affichant une meilleure efficacité de conversion d'énergie en utilisant l'effet de spin Seebeck (SSE).
Une équipe de recherche conjointe POSTECH, dirigée par le professeur Hyungyu Jin et Ph.D. le candidat Min Young Kim du Département de génie mécanique avec le professeur Si-Young Choi du Département de science et génie des matériaux - a réussi à concevoir un dispositif thermoélectrique hautement efficace en optimisant les propriétés de l'intérieur et de la surface du matériau magnétique qui fait le dispositif thermoélectrique SSE. Il s'agit d'une étude pionnière pour montrer la possibilité de fabriquer un dispositif thermoélectrique de nouvelle génération en utilisant le SSE, qui est resté dans la recherche fondamentale. Ces résultats de recherche ont été récemment publiés dans l'édition en ligne de Sciences de l'énergie et de l'environnement , une revue académique internationale dans le domaine de l'énergie.
Les appareils TE conventionnels reposent sur l'effet Seebeck de charge, un effet thermoélectrique dans lequel un courant de charge est généré dans la direction parallèle à un gradient de température appliqué dans un matériau solide. Cette géométrie longitudinale complique la structure du dispositif et limite la fabrication de tels dispositifs TE.
Faites tourner le module thermoélectrique Seebeck à l'aide de NFO-Pt. Crédit :POSTECH
L'équipe de recherche a fabriqué un dispositif SSE bicouche en ferrite de nickel (NFO) et en platine (Pt) en sortant des sentiers battus. perpendiculairement au gradient de température appliqué. Lorsqu'un gradient de température est appliqué dans le sens de la hauteur de l'appareil, le courant de spin généré dans le matériau magnétique NFO est transféré à l'interface entre NFO et Pt, injecté dans le Pt, puis converti en un courant électrique à l'intérieur du Pt. Le courant généré à ce moment circule dans une direction perpendiculaire au gradient de température appliqué. En utilisant cette SSE, il est possible de construire une structure de dispositif plus simple et plus facile à mettre à l'échelle par rapport aux dispositifs thermoélectriques conventionnels.
Pour utiliser le dispositif SSE, il nécessite une amélioration spectaculaire de la structure et de l'efficacité. Pour ça, l'équipe de recherche a conçu une méthode de traitement thermique simple pour améliorer l'efficacité du dispositif thermoélectrique NFO-Pt. Il a été découvert grâce à une observation en microscopie électronique à transmission à balayage, qu'une microstructure unique peut être formée à l'intérieur du matériau NFO en le chauffant à une température élevée de 1200°C ou plus pendant une certaine durée, puis chauffage à une température plus élevée pendant un temps donné puis refroidissement. En outre, l'équipe a également confirmé que la même technique de traitement thermique peut également améliorer considérablement la qualité de l'interface entre NFO et Pt. Finalement, il a été montré que ces deux effets peuvent grandement améliorer le rendement thermoélectrique du dispositif.
"Dans cette étude, nous avons expliqué et présenté les principes de fabrication du dispositif TE de nouvelle génération avec une structure beaucoup plus simple que les dispositifs conventionnels utilisant le SSE et une méthode qui peut considérablement améliorer son efficacité grâce à une simple technique de traitement thermique, " a fait remarquer le professeur Hyungyu Jin qui a dirigé l'étude. Il a ajouté, "Si cela conduit au développement d'appareils TE hautement efficaces à l'avenir, il est prometteur de contribuer à terme à l'atténuation des défis énergétiques et climatiques."
