Une équipe de recherche a démontré que la conversion thermoélectrique transversale (c’est-à-dire la conversion d’énergie entre des courants de charge et de chaleur qui circulent orthogonalement les uns par rapport aux autres) peut être grandement améliorée en appliquant des champs magnétiques ou en utilisant le magnétisme.
En outre, l’équipe a développé un aimant permanent thermoélectrique, un nouveau matériau fonctionnel capable de refroidir et de produire de l’énergie thermoélectrique, en combinant des aimants permanents et des matériaux thermoélectriques dans une structure hybride. Ces résultats peuvent servir de guide pour parvenir à une gestion thermique et à une récupération d’énergie à l’aide d’aimants courants.
L’effet Seebeck et l’effet Peltier ont fait l’objet de recherches approfondies pour leur application aux technologies de conversion thermoélectrique (TEC). Ces effets sont classés comme phénomènes TEC longitudinaux, c’est-à-dire conversion entre les courants de charge et de chaleur qui circulent parallèlement les uns aux autres.
Bien que les dispositifs TEC longitudinaux aient un rendement de conversion d’énergie plus élevé que leurs homologues transversaux, leurs structures sont plus complexes. En revanche, les dispositifs TEC transversaux structurellement plus simples peuvent présenter de faibles pertes d’énergie, un faible coût de fabrication et une excellente durabilité.
Toutefois, pour parvenir à une utilisation pratique des dispositifs TEC transversaux, leur efficacité de conversion doit être améliorée. Le TEC transversal est piloté par différents types de phénomènes physiques : des phénomènes induits magnétiquement (c’est-à-dire l’effet magnéto-thermoélectrique) et des phénomènes attribués à des structures cristallines ou électroniques anisotropes. Ces phénomènes n’avaient auparavant été étudiés qu’indépendamment les uns des autres.
Cette équipe de recherche du National Institute for Materials Science (NIMS) a récemment fabriqué un matériau multicouche artificiellement incliné, un matériau hybride capable de présenter simultanément trois types différents de phénomènes TEC, y compris les effets magnéto-thermoélectriques. L’équipe a ensuite démontré les performances de refroidissement améliorées de ce matériau grâce au TEC transversal.
Le matériau hybride a été créé en empilant et en liant alternativement des dalles en alliage Bi88Sb12, qui présentent d’importants effets magnéto-thermoélectriques, et des dalles en alliage Bi0.2Sb1.8Te3, qui présentent un effet Peltier important.
Cette pile a ensuite été coupée en diagonale pour former le matériau multicouche artificiellement carrelé. Lorsque des champs magnétiques ont été appliqués à ce matériau, son efficacité transversale TEC a augmenté, ce qui a été attribué aux effets combinés des trois types de phénomènes TEC.
L’équipe a ensuite remplacé les dalles en alliage Bi0.2Sb1.8Te3 par des aimants permanents et a découvert que les performances transversales du TEC peuvent être améliorées par les effets magnéto-thermoélectriques, même sans champs magnétiques externes.
Cette recherche a démontré comment les matériaux magnétiques peuvent être conçus pour augmenter leurs capacités de refroidissement thermoélectrique et de production d’énergie. L’équipe développera des matériaux/dispositifs dotés de meilleures capacités de gestion thermique et de récupération d’énergie pour une société durable et des systèmes IoT améliorés dans les recherches futures.
Cette recherche est publié dans la revue Matériaux énergétiques avancés.
Plus d’information:
Ken-ichi Uchida et al, Refroidissement magnéto-thermoélectrique transversal hybride dans des multicouches artificiellement inclinées, Matériaux énergétiques avancés (2023). DOI : 10.1002/aenm.202302375