Grâce à la révolution numérique en cours, le monde est aujourd'hui sur le point de passer à un monde hyperconnecté. Cependant, les dispositifs IoT et les capteurs à distance qui promettent une telle réalité ont besoin d'énergie. La durabilité étant une priorité absolue, la source d'énergie doit être abondante, omniprésente et renouvelable. Heureusement, la chaleur résiduelle de faible qualité (températures inférieures à 100 °C) pourrait faire l'affaire. La seule condition est que nous puissions développer des technologies efficaces de récolte de l'énergie.
La conversion d'une différence de température en électricité est déjà possible grâce aux cellules thermoélectrochimiques (CET). Ces dispositifs peuvent exploiter la chaleur résiduelle pour alimenter une réaction d'oxydoréduction (redox) qui, à son tour, produit de l'électricité. Cependant, les CET actuelles ne sont pas commercialisées en raison de leur faible efficacité de conversion énergétique, de leur puissance de sortie médiocre et de leur fabrication coûteuse. Une percée dans la conversion de l'énergie est donc nécessaire. Nécessaire pour que les CETs deviennent viables pour les dispositifs à faible puissance non téléguidés.
Une méthode pour une énergie plus efficace
Dans ce contexte, une équipe de scientifiques du Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST), en Corée, a mis au point une stratégie efficace pour passer à la vitesse supérieure. Dirigés par le professeur Hochun Lee, ces chercheurs ont combiné le principe de fonctionnement des TEC à celui des cellules galvaniques à concentration. Une combinaison qui crée ainsi une cellule hybride thermoélectrochimique-concentration (TCC). Les TCC ne sont pas un concept nouveau. Toutefois, la conception proposée par l'équipe permet de surmonter certaines limites critiques des CETs existants.
Le TCC présenté dans cette étude est basé sur des réactions d'oxydoréduction impliquant des ions iode (I−) et du triiodure (I3−). Cependant, contrairement aux CET classiques, ces réactions se produisent dans une solution de carbonate non aqueuse. Une solution qui utilise le carbonate de diméthyle (DMC) comme solvant. Cette sélection particulière de matériaux crée un effet particulier.
Les chercheurs ont constaté qu'à mesure que la température du côté chaud augmentait au-delà de 40°C, le DMC réagissait avec l'I− pour produire une couche poreuse et gélatineuse de Li2CO3 près de l'électrode chaude. Ce qui permettait de maintenir une grande différence dans les concentrations d'I− et d'I3− dans toute la cellule. Ce qui améliore également et considérablement ses performances.
Le gaz d'échappement pour un rendement de conversion thermique remarquable
« Notre cellule hybride présente un rendement de conversion thermique remarquable (5,2 %). Elle surpasse les meilleurs CET de type n actuels », déclare le professeur Lee. En outre, la structure et le processus de fabrication simples de nos TCC offrent une plateforme pratiquement réalisable pour la récolte d'énergie thermique.
D'autres études seront nécessaires pour affiner cette approche sans précédent de la conception des TCC. Ce qui nous permettra d'atteindre l'objectif de connecter plusieurs TCC en série pour parvenir à des capacités commercialement acceptables.
« Les sociétés connectées à l'IoT auront besoin de sources d'énergie économiques et autonomes pour leurs appareils et capteurs IoT. Nous pensons que les TECs seront le candidat idéal pour répondre à leur besoin », conclut un professeur Lee optimiste.
Espérons que la science nous conduira à des moyens durables et plus efficaces de faire bon usage de la chaleur résiduelle.
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