Bâtir un avenir autonome passe par la récupération de la chaleur résiduelle
L’intérêt croissant pour l’intelligence artificielle a mis les dispositifs électroniques autonomes et auto-alimentés de faible puissance sur le devant de la scène. En tant que sous-produit de l’ensemble des processus thermodynamiques, la chaleur résiduelle constitue une source d’énergie précieuse. Les matériaux pyroélectriques sont capables d’exploiter cette chaleur résiduelle et de la transformer en énergie électrique utilisable. «En raison de la complexité inhérente au développement de nouveaux matériaux de récupération d’énergie pyroélectrique à basse température et des mauvaises propriétés mécaniques des monocristaux, les applications sont actuellement limitées», explique le professeur Chris Bowen, directeur du projet HEAPP. L’initiative HEAPP, financée par l’UE, a pour objectif de remédier à ces problèmes en mettant au point de nouveaux matériaux pyroélectriques de haute qualité, avec une température de fonctionnement élevée et de bonnes propriétés mécaniques. Les chercheurs ont développé de tels matériaux en accordant une attention particulière à certaines propriétés physiques essentielles des matériaux pyroélectriques. Exploiter la pyroélectricité «L’objectif consistait à développer de nouveaux matériaux avec des coefficients pyroélectriques élevés, associés à une faible permittivité et à une faible capacité thermique, afin de parvenir à une récupération d’énergie pyroélectrique de bonne qualité», explique le professeur Bowen. Les chercheurs ont compris qu’ils devaient utiliser la porosité pour diminuer la permittivité et la capacité thermique, ceci contribuant ensuite à faire baisser le coefficient pyroélectrique. «La compréhension des relations complexes qui existent entre ces propriétés nous a permis de développer un nouveau matériau pyroélectrique», note le professeur. Les exigences les plus importantes en matière de récupération d’énergie pyroélectrique se traduisent par un coefficient pyroélectrique élevé, une résistance élevée, une faible constante diélectrique et une faible perte diélectrique. L’équipe a utilisé une méthode appelée «ice templating» pour produire une structure à pores alignés solide et peu coûteuse. Ils se sont heurtés à certains problèmes, notamment le fait que la structure à pores alignés entraîne une grande variation des propriétés du matériau pyroélectrique. Les membres du projet, dont le Dr Yan Zhang, ont mis au point un matériau produisant une énergie pyroélectrique relativement faible, à l’échelle du microwatt, ce qui était inattendu compte tenu des faibles fluctuations de température. «Nous essayons maintenant d’utiliser cette approche dans des applications où il n’y a pas d’autre source d’énergie pour les équipements électroniques de faible puissance», révèle le professeur Bowen. De nouvelles méthodes de production de l’hydrogène Ce matériau ouvre également la voie à de nouvelles méthodes de production de l’hydrogène, l’effet pyroélectrique pouvant être utilisé avec des variations temporelles et thermiques pour produire de l’hydrogène à partir de la chaleur résiduelle. «Étant donné que le couplage entre les dispositifs de récupération d’énergie et les systèmes électrochimiques devient un sujet d’actualité, nous cherchons à en savoir davantage sur la décomposition de l’eau par pyroélectrocatalyse pour produire de l’hydrogène.» Le professeur Bowen considère la récupération d’énergie pyroélectrique dans l’environnement ambiant comme une technologie très prometteuse pour l’avenir des dispositifs électroniques autonomes et auto-alimentés. Cela permet potentiellement de combiner un matériau de récupération d’énergie active avec le stockage d’énergie dans des batteries, pour des applications telles que le traitement des eaux usées.
Mots‑clés
HEAPP, pyroélectricité, énergie, chaleur résiduelle, auto-alimenté, structure à pores alignés, récupération d’énergie, dispositifs électroniques
