Des physiciens de l'Université de Houston ont découvert un nouveau matériau thermoélectrique offrant des performances élevées à des températures allant de la température ambiante jusqu'à 300 degrés Celsius, ou environ 573 degrés Fahrenheit.

"Ce nouveau matériau est meilleur que le matériau traditionnel, tellurure de bismuth, et peut être utilisé pour la conversion de la chaleur perdue en électricité beaucoup plus efficacement, " dit Zhifeng Ren, M.D. Anderson Chair professeur de physique à l'UH et auteur principal d'un article décrivant la découverte, publié en ligne par Nano énergie .

Ren, qui est également chercheur principal au Texas Center for Superconductivity à UH, a déclaré que le travail pourrait être important pour la recherche et la commercialisation d'énergie propre à des températures d'environ 300 degrés Celsius.

Le tellurure de bismuth est le matériau thermoélectrique standard depuis les années 1950 et est principalement utilisé pour le refroidissement, bien qu'il puisse également être utilisé à des températures allant jusqu'à 250 C, ou 482 F, pour la production d'électricité, avec une efficacité limitée.

Pour cette découverte, Ren et d'autres membres de son laboratoire ont utilisé une combinaison de magnésium, l'argent et l'antimoine pour générer de l'électricité à partir de la chaleur en utilisant le principe thermoélectrique. Ils ont ajouté une petite quantité de nickel, après quoi Ren a dit que le composé fonctionnait encore mieux.

Le travail a été effectué en collaboration avec des chercheurs du département de chimie de l'UH et du Massachusetts Institute of Technology. Huaizhou Zhao et Jiehe Sui, un membre du laboratoire de Ren dont l'institut d'origine est le Harbin Institute of Technology en Chine, étaient les principaux contributeurs ; Zhao est maintenant chercheur à l'Institut de physique de l'Académie chinoise des sciences.

Le matériau fonctionne bien jusqu'à 300 C, Ren dit; des travaux visant à améliorer son efficacité sont en cours.

Le potentiel de captage de la chaleur – des centrales électriques, les cheminées industrielles et même les sorties d'échappement des véhicules - et la conversion en électricité est énorme, permettant à la chaleur qui est actuellement gaspillée d'être utilisée pour produire de l'électricité. Ren a dit que les températures là-bas peuvent aller de 200 C à 1, 000 C, et jusqu'à maintenant, il n'y a pas eu de matériau thermoélectrique capable de fonctionner une fois que les conditions dépassent les niveaux inférieurs de chaleur. Une grande partie de la demande varie de 250 C à 300 C, il a dit.

Ren a longtemps travaillé dans la thermoélectrique, entre autres domaines scientifiques. Son groupe de recherche a publié un article dans la revue Science en 2008, établissant que l'efficacité - le terme technique est la "figure de mérite" - du tellurure de bismuth pourrait être augmentée jusqu'à 20 pour cent en changeant la façon dont il est traité. À l'époque, Ren était au Boston College.

Et son laboratoire l'été dernier a publié un article dans le Actes de l'Académie nationale des sciences établissant le tellurure d'étain avec l'ajout de l'élément chimique indium comme matériau capable de convertir la chaleur perdue en électricité. Mais le tellurure d'étain fonctionne mieux à des températures supérieures à environ 300 C, soit environ 573 F, il est donc important de continuer à chercher un autre matériau qui fonctionne à des températures plus basses.

Le groupe de Ren n'est pas le premier à étudier le nouveau matériel, qui n'a pas été nommé mais est mentionné dans le Nano énergie papier en tant que matériaux à base de MgAgSb, en utilisant les noms chimiques des éléments utilisés pour le créer. L'article cite des travaux réalisés en 2012 par M.J. Kirkham, et al; ce travail utilisait du magnésium, argent et antimoine à parts égales, Ren a dit, mais a entraîné des impuretés et de mauvaises propriétés conductrices.

Il a dit que son laboratoire a trouvé qu'en utilisant un peu moins d'argent et d'antimoine, et mélanger les éléments séparément - mettre le magnésium et l'argent en premier dans le processus de broyage à billes, l'ajout de l'antimoine après plusieurs heures – élimine les impuretés et améliore considérablement les propriétés thermoélectriques.

"Nous avions des qualités très différentes, " dit-il. " Mieux, sans impuretés, et une granulométrie plus petite, ainsi que de bien meilleures propriétés thermoélectriques."