Q3680087 (Q3680087): Difference between revisions
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Revision as of 09:38, 18 November 2021
Project Q3680087 in France
| Language | Label | Description | Also known as |
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| English | No label defined |
Project Q3680087 in France |
Statements
141,336.00 Euro
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353,340.0 Euro
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40.0 percent
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1 October 2018
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30 September 2022
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CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
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49°12'0.97"N, 0°20'57.37"W
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14052
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Dans la perspective de la réduction drastique des émanations de gaz à effet de serre, toutes les voies de production d'énergie "verte" ou de réduction de consommation énergétique sont peu à peu explorées. Ainsi la génération d'électricité à partir de chaleur perdue aux moyens de modules thermoélectriques (effet Seebeck) représente une voie particulièrement prometteuse [1]. Cette technologie présente des avantages indéniables en termes de fiabilité, maintenance, d'absence de vibrations qui la rend attractive par exemple pour des utilisations dans le domaine automobile, de l'industrie, ou du bâtiment. Cette fiabilité est entre autres démontrée par l'utilisation de générateurs thermoélectriques radio-isotopiques dans les sondes à exploration lointaine de la NASA (Voyager, Cassini etc) [2]. La recherche sur les matériaux thermoélectriques s'inscrit au niveau régional dans le domaine de la RIS3 Energie et Matériaux.Aujourd'hui, deux verrous scientifiques/technologiques constituent les handicaps majeurs de la technologie thermoélectrique : le rendement des dispositifs et l'abondance des éléments qui composent les matériaux thermoélectriques. Le rendement d'un dispositif dépend directement des propriétés de transport des matériaux au travers du facteur de mérite adimensionnel ZT (ZT=S/(PK)*T) où S est le coefficient Seebeck, P la résistivité électrique, K la conductivité thermique, et T la température absolue). Optimiser le rendement d'un dispositif revient à augmenter le facteur ZT. La seconde difficulté est liée à la première : les matériaux présentant les meilleurs facteurs ZT sont composés d'éléments chers et peu abondants sur Terre (tels que Bi, Te, Pb ou Ge). Le design de nouveaux matériaux, économiquement viables et abondants, susceptibles de remplacer les matériaux conventionnels utilisés dans les dispositifs thermoélectriques actuels, ouvriraient la voie à de nouvelles applications. Malgré le potentiel réel de certains composés, notamment à structures complexes (Zintl, skutterudites, clathrates)[3] pour des applications en thermoélectricité à moyenne ou haute température (100-1000°C), les valeurs de ZT, les coûts de production ou bien encore la fragilité et la stabilité de certains de ces matériaux freinent encore aujourd'hui leur utilisation dans des dispositifs commerciaux pour l'industrie ou le grand public. C'est pourquoi il est primordial de développer de nouveaux matériaux performants et peu chers. Récemment, des conductivités intrinsèquement faibles (proche d'un verre) ont été rapportées dans des sulfures à structures cristallographiques complexes, menant à des figures de mérite ZT proche de l'unité à 400°C [4,5]. Ces matériaux d'origine minérale sont également peu chers car composés d'éléments abondants et par ailleurs non toxiques (Cu,Fe,Sn,S). Les chercheurs du CRISMAT ont notamment mis en évidence cette année l'importance de la technique de densification (SPS, pressage à chaud etc) utilisée pour produire des céramiques industrielles. La technique de densification peut induire (ou non) des défauts structuraux et modifier la conductivité thermique des composés. Une valeur de ZT de 0.9 à 400°C a ainsi été obtenue sur le composé Cu26V2Sn6S32, un matériau d'origine minérale (colusite) et résynthétisé au laboratoire. Ces travaux ont été publiés dans la revue scientifique très reconnue Journal of American Chemical Society [5]. Ce matériau est au jour d'aujourd'hui le meilleur matériau sulfure pour des applications entre l'ambiante et 400°C. L'utilisation de ce matériau dans des dispositifs thermoélectriques permettrait d'envisager des rendements de l'ordre de 10-15% pouvant diminuer considérablement les durées d'amortissement des dispositifs.Néanmoins, deux verrous scientifiques/technologiques doivent être levés : 1) Maîtriser la densification de ce matériau dans des fours industriels et 2) Produire des échantillons de grande taille pour la fabrication de modules thermoélectriques. (French)
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Identifiers
18P01361
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