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Conversion Thermoélectrique

(Contact : E. Alleno)
   

Les matériaux thermoélectriques permettent de convertir directement un flux de chaleur en courant électrique. En effet, grâce à l’effet Seebeck, il résulte une tension électrique aux extrémités d’un matériau thermoélectrique soumis à une différence de température. Le faible rendement de conversion énergétique des matériaux déjà connus a jusqu’ici limité leur utilisation. Mais les générateurs thermoélectriques sont simples, compacts et fiables et les besoins induits par le développement durable ont stimulé soit la recherche de nouveaux matériaux, soit des approches nouvelles telles que la nanostructuration des matériaux actuels. Les générateurs thermoélectriques pourraient ainsi être utilisés dans des systèmes de recyclage de chaleur perdue, par le pot d’échappement d’une automobile, par exemple. A l’ICMPE, nous développons une activité de recherche en thermoélectricité sur les verres semi-conducteurs et sur les skutterudites dont nous présentons un résultat marquant.

 

Skutterudites nanostructurés

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Microscopie électronique à balayage de CoSb3 nanostructuré. Les flèches indiquent des particules de CeO2 ajoutées pour ralentir la croissance des grains de CoSb3.

 

 

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Conductivité thermique de CoSb3 micro- et nanostructuré.

 

 

Les meilleurs matériaux thermoélectriques sont des semi-conducteurs fortement dopés ayant une faible conductivité thermique de réseau. La skutterudite CoSb3 satisfait à la première exigence mais elle a une conductivité thermique trop élevée pour être un bon matériau thermoélectrique. Une des approches développées à l’ICMPE pour réduire sa conductivité thermique est la nanostructuration par réduction de la taille des grains à des tailles qui affectent le transport des phonons dans le matériau. Nous avons obtenu un compact nanostructuré avec une taille de moyenne de grains de 230 nm qui a conduit à une réduction de la conductivité thermique de 30%.

 

 

Pour en savoir plus :

- (E. Alleno, L. Chen, C. Chubilleau, et al., Journal of Electronic Materials 39, 1966 (2010)) 25470-25478.)