Des composés en forme de cage appelés clathrates pourraient être utilisés pour récupérer la chaleur résiduelle et la transformer en électricité. Les chimistes de l'UC Davis viennent de découvrir une toute nouvelle classe de clathrates, ouvrant potentiellement de nouvelles façons de fabriquer et d'appliquer ces matériaux.

Un clathrate est essentiellement une cage d'atomes avec un autre atome piégé à l'intérieur, dit Kirill Kovnir, professeur assistant de chimie à l'UC Davis, qui a dirigé les travaux, publié récemment dans la revue Angewandte Chemie . Parce que la cage est relativement grande par rapport à l'atome, l'atome piégé peut vibrer à l'intérieur, et cela signifie que les clathrates conduisent très mal la chaleur, il a dit.

Ce qu'ils peuvent faire, bien que, est de convertir la chaleur en électricité .

« Nos sources d'énergie gaspillent environ 60 % ou plus sous forme de chaleur, " a déclaré Kovnir. Par exemple, un moteur de voiture génère beaucoup de chaleur, dont presque aucun n'est utilement capturé.

Des dispositifs thermoélectriques capables de convertir la chaleur en électricité ont été utilisés par exemple pour alimenter les rovers martiens, où une source radioactive dégage de la chaleur qui est convertie en électricité pour alimenter le rover. Les thermoélectriques largement disponibles pourraient être utilisés pour des applications allant de l'alimentation d'une montre avec de la chaleur corporelle à la fabrication de véhicules plus efficaces.

Clathrates de métaux et autres atomes

Les clathrates existent depuis longtemps - en tant que classe de matériaux, ils ont été découverts en 1810 par le chimiste Humphrey Davy. Les structures clathrates à base d'eau sous pression piègent les réserves de méthane dans les profondeurs de l'océan.

Kovnir, cependant, est plus intéressé par les clathrates constitués d'atomes tels que le cuivre, zinc et phosphore et baryum qui sont stables à température ambiante.

À ce jour, tous les clathrates décrits reposent sur une structure tétraédrique :chaque atome de la cage est lié à quatre autres atomes. Plus de 200 ans après leur découverte, L'équipe de Kovnir a produit et décrit des clathrates stables avec des atomes à cinq, six obligations ou plus.

"On supposait que ce cadre devait être coordonné de manière tétraédrique, " a déclaré Kovnir. "C'est le premier cas où ils n'ont pas à être, et cela suggère que beaucoup d'autres sont possibles."

Les chimistes essayaient en fait de sonder la stabilité de la structure du clathrate lorsqu'ils ont découvert les nouveaux composés. Pour faire quatre liens, chaque atome a besoin de quatre électrons disponibles. En ajoutant des atomes avec plus d'électrons (comme le zinc), Kovnir s'attendait à pouvoir briser la structure du clathrate. Au lieu, ils ont découvert qu'ils pouvaient produire des produits entièrement nouveaux, structures stables, dont une avec une cage en zinc, des atomes de cuivre et de phosphore piégeant un atome de baryum. La nouvelle structure a fait la couverture de la revue Angewandte Chemie, avec un point culminant de la recherche qui l'accompagne.

Les prochaines étapes consistent à optimiser les propriétés thermoélectriques des nouveaux matériaux et à voir s'ils peuvent les modifier pour obtenir les meilleures performances, dit Kovnir.