Les dispositifs thermoélectriques flexibles permettent de récupérer l’énergie de la peau humaine

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Récupération d'énergie rendue possible grâce à la température de la peau
Illustration conceptuelle d’un TEG conforme avec électrodes souples et conducteurs de chaleur souples (s-HC) pour les applications de circuits auto-alimentés. L’encart gauche est une photographie des pattes thermoélectriques (TE) à base de tellurure de bismuth (Bi2Te3) et l’encart droit est une image optique d’une coupe transversale du TEG conforme. Barres d’échelle, 5 et 1 mm. Crédit: Institut coréen des sciences et de la technologie (KIST)

Un dispositif thermoélectrique est un dispositif de conversion d’énergie qui utilise la tension générée par la différence de température entre les deux extrémités d’un matériau; il est capable de convertir l’énergie thermique, telle que la chaleur résiduelle des sites industriels, en électricité utilisable dans la vie quotidienne. Les dispositifs thermoélectriques existants sont rigides car ils sont composés d’électrodes à base de métal dur et de semi-conducteurs, empêchant l’absorption complète des sources de chaleur des surfaces inégales. Par conséquent, les chercheurs ont mené des études récentes sur le développement de dispositifs thermoélectriques flexibles capables de générer de l’énergie en contact étroit avec des sources de chaleur telles que la peau humaine et les conduites d’eau chaude.

L’Institut coréen des sciences et de la technologie (KIST) a annoncé qu’une équipe de recherche collaborative dirigée par le Dr Seungjun Chung du Centre de recherche sur les matériaux hybrides souples et le professeur Yongtaek Hong du Département de génie électrique et informatique de l’Université nationale de Séoul (SNU, Président OH Se-Jung) a développé des dispositifs thermoélectriques flexibles avec des performances de production d’énergie élevées en maximisant la flexibilité et l’efficacité du transfert de chaleur. L’équipe de recherche a également présenté un plan de production de masse grâce à un processus automatisé comprenant un processus d’impression.

L’efficacité de transfert d’énergie thermique des substrats existants utilisés pour la recherche sur les dispositifs thermoélectriques flexibles est faible en raison de leur très faible conductivité thermique. Leur efficacité d’absorption de chaleur est également faible en raison d’un manque de flexibilité, formant une couche de protection thermique, par exemple de l’air, au contact d’une source de chaleur. Pour résoudre ce problème, des dispositifs thermoélectriques à base de matériaux organiques à haute flexibilité ont été en cours de développement, mais leur application sur les appareils portables n’est pas facile en raison de ses performances nettement inférieures par rapport aux dispositifs thermoélectriques rigides à base de matériaux inorganiques existants.

Récupération d'énergie rendue possible grâce à la température de la peau
Illustration schématique de gants d’avertissement de surface chaude avec un système LED auto-alimenté et des ensembles de masquage de la lumière.Photographies montrant une démonstration des gants fixés au TEG lorsqu’ils sont utilisés pour saisir divers objets chauds tels qu’une bouteille et une bouilloire. vue du système auto-alimenté et des packages. Le contact conforme entre les gants fixés au TEG et les surfaces 3D des sources de chaleur se traduit par un signe « H » brillant sans aucune assistance d’une alimentation externe. Barres d’échelle, 5, 5 cm et 5 mm Crédit: Korea Institute of Science and Technology (KIST)

L’équipe de recherche a amélioré la flexibilité tout en abaissant la résistance du dispositif thermoélectrique en connectant un dispositif thermoélectrique haute performance à base de matériau inorganique à un substrat extensible composé de nanofils d’argent. Le dispositif thermoélectrique développé a montré une excellente flexibilité, permettant ainsi un fonctionnement stable même lorsqu’il est plié ou étiré. De plus, des particules métalliques à haute conductivité thermique ont été insérées à l’intérieur du substrat extensible pour augmenter la capacité de transfert de chaleur de 800% (1,4 W / mK) et la production d’énergie d’un facteur supérieur à trois. (Lorsque la différence de température était de 40 K ou plus entre les deux extrémités du dispositif thermoélectrique développé, 7 mW / cm2 d’électricité a été produite. Lorsqu’il est attaché à la peau humaine, 7 μW / cm2 de l’électricité a été générée à partir de la température corporelle uniquement.) Simultanément, les chercheurs ont automatisé l’ensemble du processus complexe, du processus de la plate-forme souple au développement du dispositif thermoélectrique, permettant ainsi la production en série de l’appareil.

L’appareil développé peut être utilisé comme capteur haute température dans les sites industriels ou comme capteur de détection de distance sans batterie pour une conduite autonome en utilisant la différence de température à l’intérieur et à l’extérieur d’une voiture. Par conséquent, l’appareil devrait être en mesure de résoudre le problème de la source d’alimentation d’un système de capteurs à batterie, qui présente un risque d’explosion dans des environnements à haute température.

Le Dr Seungjun Chung, du KIST, a déclaré: «Cette recherche a montré qu’il est possible d’utiliser de véritables appareils portables tels que des gants capteurs haute température à l’aide de sources de chaleur externes. À l’avenir, nous développerons une plate-forme thermoélectrique flexible qui peut faire fonctionner des appareils portables avec seulement Les résultats de notre recherche sont significatifs dans la mesure où le matériau composite fonctionnel, la plate-forme de dispositif thermoélectrique et le processus automatisé à haut rendement développés dans cette étude pourront contribuer à la commercialisation de dispositifs portables sans batterie à l’avenir.  »


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Plus d’information: Byeongmoon Lee et al, générateurs thermoélectriques conformes haute performance avec conducteurs de chaleur souples auto-assemblés magnétiquement pour l’électronique portable auto-alimentée, Communications de la nature (2020). DOI: 10.1038 / s41467-020-19756-z

Fourni par le National Research Council of Science & Technology

Citation: Les dispositifs thermoélectriques flexibles permettent de récupérer l’énergie de la peau humaine (2021, 13 janvier) récupéré le 13 janvier 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-01-flexible-thermoelectric-devices-enable-energy.html

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