Bien que les sièges d'auto climatisés ne viennent pas à l'esprit lorsque vous pensez à l'efficacité énergétique, la dernière technologie qui sous-tend cette caractéristique automobile de luxe est basée sur des matériaux thermoélectriques qui convertissent l'électricité directement en chauffage ou en refroidissement. Inversement, les thermoélectriques peuvent également canaliser l'excès de chaleur provenant de systèmes inefficaces sur le plan énergétique, tels que les moteurs de voitures ou les centrales électriques, en récupérant cette « chaleur perdue » et en la transformant en électricité. Par conséquent, ces matériaux offrent une source d'énergie potentiellement propre pour réduire la consommation de carburant et les émissions de CO2.

Actuellement, cette énergie thermique est convertie avec un haut rendement, matériaux thermoélectriques coûteux. Dans les systèmes d'échappement automobiles, par exemple, les thermoélectriques à semi-conducteurs récupèrent la chaleur résiduelle qui peut entraîner des économies de carburant allant jusqu'à cinq pour cent, mais leur coût élevé les empêche d'être utilisés dans des environnements à plus petite échelle. Augmenter ces économies grâce à des matériaux moins coûteux pourrait avoir un impact significatif sur la production d'électricité pour les batteries ou les composants électroniques des ordinateurs.

Maintenant, Les scientifiques du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) s'attaquent à ce défi en « modifiant le budget de la gestion de l'énergie thermique, " a déclaré Jeff Urban, Directeur Adjoint de l'Installation Nanostructures Inorganiques à la Fonderie Moléculaire, une installation d'utilisateurs de nanosciences.

« Historiquement, les thermoélectriques à haut rendement ont nécessité des coûts élevés, traitement à forte intensité de matériaux, », a déclaré Urbain. « En concevant un hybride de matériaux mous et durs à l'aide d'une chimie de flacon simple dans l'eau, nous avons développé un itinéraire qui offre une efficacité respectable avec un faible coût de production.

Dans leur approche, Urban et ses collègues ont construit un matériau composite à l'échelle nanométrique en enroulant un polymère qui conduit l'électricité autour d'une nanotige de tellure, un métal couplé au cadmium dans les cellules solaires les plus rentables d'aujourd'hui. Ce matériau composite est facilement coulé par centrifugation ou imprimé dans un film à partir d'une solution à base d'eau. Outre sa facilité de fabrication, ce matériau hybride a également un facteur de mérite thermoélectrique des milliers de fois supérieur à celui du polymère ou du nanotige seul, un facteur crucial pour améliorer les performances de l'appareil.

« Ces dernières années, nous avons vu des gains énormes en efficacité thermoélectrique, mais il y a un besoin de low-cost, des matériaux à efficacité modérée qui sont faciles à traiter et à modeler sur de grandes surfaces, », a déclaré Rachel Segalman, chercheur au Berkeley Lab et professeur de génie chimique et biomoléculaire à l'Université de Californie, Berkeley. « Nous avions beaucoup d'intuitions sur ce qui fonctionnerait avec des polymères et des nanocristaux, et va maintenant explorer l'espace des matériaux pour optimiser ces systèmes et passer à des matériaux plus riches en terre. »