Les convertisseurs d’énergie flexibles et non toxiques peuvent alimenter des appareils portables


Les convertisseurs d'énergie flexibles et non toxiques peuvent alimenter des appareils portables

Le concept de d’énergie avec thermoélectriques flexibles est illustré à l’aide d’un diagramme de la pression du jet d’aérosol. Crédit photo: Injung Lee

Une variété d’appareils électroniques portables et portables est devenue une partie importante de notre vie quotidienne. Un groupe de chercheurs de l’Université de Stanford s’est donc demandé si ceux-ci pouvaient être alimentés en produisant de l’électricité à partir de la chaleur résiduelle qui nous entoure.

Une autre inspiration est venue du désir de fabriquer à terme des dispositifs de conversion d’énergie à partir des mêmes matériaux que les dispositifs actifs eux-mêmes afin qu’ils puissent être intégrés en tant que partie intégrante du système global. Aujourd’hui, de nombreux nanodispositifs biomédicaux sont alimentés par différents types de batteries qui doivent être déconnectées de la partie active des systèmes, ce qui n’est pas idéal.

dans le Lettres de appliquéeLes chercheurs rapportent sur la conception et la fabrication de dispositifs à nanotubes de carbone thermoélectriques à paroi unique sur des substrats flexibles en polyimide comme base pour les de puissance portables.

« Les nanotubes de carbone sont des matériaux unidimensionnels qui sont connus pour leurs bonnes propriétés thermoélectriques. Cela signifie qu’une tension est accumulée à travers eux dans un gradient de température », a déclaré Eric Pop, professeur de génie électrique et de science des matériaux. « Le défi est que les nanotubes de carbone ont également une conductivité thermique élevée, ce qui signifie qu’il est difficile de maintenir un gradient thermique à travers eux et qu’il a été difficile de les assembler en générateurs thermoélectriques à faible coût. »

Le groupe utilise des réseaux de nanotubes de carbone imprimés pour relever ces deux défis.

« Par exemple, les réseaux de spaghettis de nanotubes de carbone ont une conductivité thermique beaucoup plus faible que les nanotubes de carbone seuls parce qu’il y a des jonctions dans les réseaux qui bloquent le flux de chaleur », a déclaré Pop. « L’impression directe de tels réseaux de nanotubes de carbone peut également réduire considérablement leurs coûts s’ils sont agrandis. »

Les dispositifs thermoélectriques génèrent de l’énergie électrique localement « en réutilisant la chaleur résiduelle des appareils personnels, des appareils, des véhicules, des processus commerciaux et industriels, des serveurs informatiques, de l’éclairage solaire à variation temporelle et même du corps humain », a déclaré Hye Ryoung Lee, auteur principal et chercheur scientifique.

« Pour supprimer les obstacles à l’application à grande échelle des matériaux thermoélectriques – toxicité, rareté des matériaux, fragilité mécanique – les nanotubes de carbone offrent une excellente alternative aux autres matériaux couramment utilisés », a déclaré Lee.

L’approche du groupe montre un moyen d’utiliser des nanotubes de carbone avec des électrodes imprimables sur des substrats polymères flexibles dans un processus considéré comme économique pour la production à grand volume. Il est également plus «respectueux de l’environnement» que les autres méthodes car il utilise de l’eau comme solvant et élimine les dopants supplémentaires.

Les collecteurs d’énergie flexibles et portables peuvent être intégrés dans des tissus ou des vêtements, ou ils peuvent être basés sur des formes et des facteurs de forme inhabituels.

« En revanche, les thermoélectriques traditionnels à base de tellurure de bismuth sont fragiles et rigides et ont des utilisations limitées », a déclaré Pop. « Les thermoélectriques à base de carbone sont également plus respectueux de l’environnement que ceux à base de matériaux rares ou toxiques tels que le bismuth et le tellure. »

Le concept principal des travaux du groupe est de « recycler autant d’énergie que possible et de convertir une distribution de chaleur inégale en énergie électrique à utiliser pour le prochain cycle d’exploitation, ce que nous avons démontré avec la génération thermoélectrique non toxique sur la base de nanotubes », a déclaré Yoshio Nishi, professeur de génie électrique. « Ce concept s’inscrit pleinement dans l’objectif global de réduction de notre consommation énergétique globale. »


Une meilleure métrique pour les matériaux thermoélectriques signifie de meilleures stratégies de conception


Plus d’information:
« Dispositifs thermoélectriques à nanotubes de carbone utilisant l’impression directe: vers des convertisseurs d’énergie portables » Lettres de physique appliquée (2021). aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0042349

Fourni par l’American Institute of Physics

Citation: Des convertisseurs d’énergie flexibles non toxiques pourraient des appareils portables (2021, 27 avril), qui seront disponibles le 27 avril 2021 sur https://phys.org/news/2021-04-nontoxic-flexible-energy-power -wearable. html

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