L’appareil s’enroule autour des surfaces chaudes, transforme la chaleur perdue en électricité

Forme ajustée : l'appareil s'enroule autour des surfaces chaudes, transforme la chaleur perdue en électricité

Un nouveau dispositif thermoélectrique flexible peut s’enrouler autour des tuyaux et autres surfaces chaudes et convertir la chaleur perdue en électricité. Crédit : Penn State

Les systèmes énergétiques qui alimentent nos vies produisent également de la chaleur perdue, comme la chaleur qui irradie des conduites d’eau chaude dans les bâtiments et des tuyaux d’échappement des véhicules. Selon des scientifiques de Penn State et du National Renewable Energy Laboratory, un nouveau générateur thermoélectrique flexible peut s’enrouler autour de tuyaux et d’autres surfaces chaudes et convertir la chaleur perdue en électricité plus efficacement qu’auparavant.

“Une grande quantité de chaleur provenant de l’énergie que nous consommons est essentiellement rejetée, souvent dispersée directement dans l’atmosphère”, a déclaré Shashank Priya, vice-président associé pour la recherche et professeur de science et d’ingénierie des matériaux à Penn State. “Nous n’avons pas eu de moyens rentables avec des formes conformes pour piéger et convertir cette chaleur en énergie utilisable. Cette recherche ouvre cette porte.”

Les chercheurs de Penn State ont travaillé pour améliorer les performances des générateurs thermoélectriques, des appareils capables de convertir les différences de température en électricité. Lorsque les appareils sont placés près d’une source de chaleur, les électrons se déplaçant du côté chaud vers le côté froid produisent un courant électrique, ont déclaré les scientifiques.

Dans des travaux antérieurs, l’équipe a créé des dispositifs rigides qui étaient plus efficaces que les unités commerciales dans les applications à haute température. Maintenant, l’équipe a développé un nouveau processus de fabrication pour produire des dispositifs flexibles qui offrent une puissance de sortie et une efficacité plus élevées, ont déclaré les scientifiques.

“Ces résultats ouvrent une voie prometteuse vers une utilisation généralisée de la technologie thermoélectrique dans l’application de récupération de la chaleur résiduelle”, a déclaré Wenjie Li, professeur de recherche adjoint à Penn State. “Cela pourrait avoir un impact significatif sur le développement de générateurs thermiques pratiques vers des générateurs électriques.”

Les dispositifs flexibles s’adaptent mieux aux sources de chaleur perdue les plus attrayantes, comme les tuyaux dans les bâtiments industriels et résidentiels et sur les véhicules, ont déclaré les scientifiques. Et ils n’ont pas besoin d’être collés sur des surfaces comme les appareils rigides traditionnels, ce qui diminue encore l’efficacité.

Lors de tests menés sur un conduit de gaz, le nouvel appareil a présenté une densité de puissance 150 % plus élevée que les autres unités à la pointe de la technologie, ont rapporté les scientifiques dans Matériaux appliqués et interfaces. Une version à plus grande échelle, d’un peu plus de 3 pouces carrés, a maintenu un avantage de densité de puissance de 115%. Cette version présentait une puissance totale de 56,6 watts lorsqu’elle était placée sur la surface chaude, ont déclaré les scientifiques.

“Pensez à une centrale électrique industrielle avec des tuyaux de plusieurs centaines de mètres de long”, a déclaré Priya. “Si vous pouvez enrouler ces appareils autour d’une zone aussi grande, vous pourriez générer des kilowatts d’énergie à partir de la chaleur gaspillée qui est normalement simplement jetée. Vous pourriez convertir la chaleur rejetée en quelque chose d’utile.”

Les appareils thermoélectriques sont constitués de petits couples, chacun ressemblant à une table à deux pieds. Beaucoup de ces couples à deux jambes sont reliés entre eux, formant généralement un dispositif plat et carré.

Lors de la création du nouvel appareil, les scientifiques ont placé six couples le long d’une fine bande. Ils ont ensuite utilisé une feuille de métal flexible pour connecter 12 des bandes ensemble, créant ainsi un appareil avec 72 couples. Du métal liquide a été utilisé entre les couches de chaque bande pour améliorer les performances de l’appareil, a déclaré le scientifique.

“Lorsque vous agrandissez ces appareils, vous perdez souvent la densité de puissance, ce qui rend difficile la fabrication de générateurs thermoélectriques à grande échelle”, a déclaré Bed Poudel, professeur de recherche associé à Penn State. “Cela illustre les performances extraordinaires de notre appareil à 72 couples.”

Le dispositif à 72 couples présentait la puissance de sortie et la densité de puissance de dispositif les plus élevées signalées à partir d’un seul générateur thermoélectrique, ont déclaré les scientifiques.

Les espaces entre les bandes offrent la flexibilité nécessaire pour s’adapter à des formes telles que des tuyaux. Les espaces permettent également une flexibilité dans la modification du facteur de remplissage, ou le rapport entre la surface du matériau thermoélectrique et la surface de l’appareil, qui peut être utilisé pour optimiser les appareils thermoélectriques pour différentes sources de chaleur, ont déclaré les scientifiques.

D’autres chercheurs de Penn State sur le projet étaient Amin Nozariasbmarz, professeur de recherche adjoint; Han Byul Kang et Hangtain Zhu, chercheurs postdoctoraux ; et Carter Dettor, un ancien étudiant diplômé. Ravi Anant Kishore, ingénieur de recherche au National Renewable Energy Laboratory, a également contribué.


Un appareil transforme la chaleur perdue en électricité propre, selon les scientifiques


Plus d’information:
Wenjie Li et al, Modules thermoélectriques demi-Heusler conformes à haute densité de puissance : une voie vers des générateurs de puissance pratiques, Matériaux appliqués et interfaces ACS (2021). DOI : 10.1021/acsami.1c16117

Fourni par l’Université d’État de Pennsylvanie

Citation: Forme ajustée : l’appareil s’enroule autour des surfaces chaudes, transforme la chaleur perdue en électricité (2022, 21 janvier) récupéré le 21 janvier 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-01-device-hot-surfaces-electricity.html

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