ERDF — CNRS — OxyChalcoThermo — CHAIR — Terasaki Ichiro (Q3673240): Difference between revisions
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EFRE – CNRS – OxyChalcoThermo – CHAR – Terasaki Ichiro | |||
Revision as of 14:08, 26 November 2021
Project Q3673240 in France
| Language | Label | Description | Also known as |
|---|---|---|---|
| English | ERDF — CNRS — OxyChalcoThermo — CHAIR — Terasaki Ichiro |
Project Q3673240 in France |
Statements
17,996.88 Euro
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50,196.88 Euro
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35.85 percent
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1 July 2016
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31 March 2018
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EPST CNRS
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49°12'0.97"N, 0°20'57.37"W
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14052
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Ce projet porte sur la recherche de nouveaux matériaux thermoélectriques et l'étude de leurs propriétés, et correspond au domaine Matériaux durables et intelligents de la RIS3 puisque les applications potentielles de ces matériaux se situent dans le domaine de la récupération d'énergie thermique, et de sa conversion en énergie électrique. Grâce aux effets thermoélectriques, il est en effet possible de transformer une différence de température (T) en différence de potentiel électrique (T) via l'effet Seebeck, ou une différence de potentiel électrique en différence de température via l'effet Peltier. Toute source de chaleur perdue est donc potentiellement une source d'énergie électrique propre. Les effets thermoélectriques ont été découverts à la fin du 19ème siècle, et les applications restent pour le moment limitées à des secteurs de niche telles que les applications spatiales, du fait des rendements relativement faibles (~ 5 % du rendement de Carnot). Le rendement des modules thermoélectriques dépend de la réalisation de ce module (qualité des contacts électriques et des contacts thermiques en particulier), et fortement des propriétés intrinsèques des matériaux qui le constituent. Pour améliorer les rendements, il est essentiel de découvrir de nouvelles familles de matériaux thermoélectriques.Un bon matériau thermoélectrique est caractérisé par une résistivité électrique faible (), une faible conductivité thermique () et un fort coefficient Seebeck (S), afin de maximiser le facteur de mérite ZT = S2T/() pour qu'il atteigne une valeur proche de 1. Historiquement, les meilleurs matériaux thermoélectriques sont des semi-conducteurs à faible gap tels que Bi2Te3, PbTe, SiGe, avec des ZT proches de 1 pour T ~ 300K ou à très haute T (~ 1000°C pour SiGe). Ces matériaux sont efficaces, mais présentent des problèmes de toxicité, ou de stabilité thermique sous air. De plus, le tellure est un élement très rare, qui ne pourra être utilisé pour des applications à grande échelle. La recherche de nouveaux matériaux thermoélectriques a connu un grand essor depuis les années 1990, suite à la publication de différents articles prédisant de fortes augmentations de S dans des matériaux nanostructurés, ou de faibles dans des structures cristallographiques à maille complexe. Il a été également proposé que la présence de fortes corrélations électroniques pouvait augmenter S via une modification de la structure de bande. En 1997, I. Terasaki a montré qu'il était effectivement possible d'obtenir des valeurs de S très élevées, proches de celles d'un semi-conducteur, dans un oxyde métallique NaxCoO2 présentant de fortes corrélations électroniques. Les oxydes étant relativement résistifs, ils n'avaient jusqu'à lors jamais été considérés pour la thermoélectricité. Les oxydes sont constitués d'éléments abondants, non toxiques, et peuvent être très stables à haute température et sous air, ce qui favorise l'utilisation de ces matériaux pour des applications de récupération d'énergie à très haute température. Cet article fondateur a été cité 1600 fois depuis 1997, et a véritablement ouvert une nouvelle voie de recherche extrêmement prometteuse sur les oxydes thermoélectriques, au niveau international. Des collaborations entre le laboratoire CRISMAT et I. Terasaki ont jusqu'à présent eu lieu via des échanges de docteurs et de doctorant. Le but de cette Chaire est à présent de renforcer les collaborations précédentes en bénéficiant d'une présence sur le long terme d'I. Terasaki au laboratoire. Ichiro Terasaki est un expert des propriétés de magnéto-transport dans les oxydes, qui recherche des propriétés originales dérivant de l'effet Seebeck (telles que le photoSeebeck'). En collaboration avec les physiciens et chimistes du CRISMAT, il pourra développer de nouveaux axes de recherche au sein du laboratoire, afin de mieux comprendre la physique de ces matériaux thermoélectriques, et ainsi déterminer les paramètres pertinents pour leur optimisation. (French)
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This project focuses on the research of new thermoelectric materials and the study of their properties, and corresponds to RIS3's Sustainable and Intelligent Materials area since the potential applications of these materials are in the field of thermal energy recovery and conversion to electrical energy. Thanks to thermoelectric effects, it is possible to transform a temperature difference (T) into a difference in electrical potential (T) via the Seebeck effect, or a difference in electrical potential into a difference in temperature via the Peltier effect. Any heat source lost is therefore potentially a source of clean electrical power. Thermoelectric effects were discovered in the late 19th century, and applications are currently limited to niche sectors such as space applications, due to relatively low yields (~5 % of Carnot’s yield). The efficiency of thermoelectric modules depends on the realisation of this module (quality of electrical contacts and thermal contacts in particular), and strongly on the intrinsic properties of the materials that make up it. To improve efficiency, it is essential to discover new families of thermoelectric materials.A good thermoelectric material is characterised by low electrical resistivity, low thermal conductivity and a high Seebeck (S) coefficient, in order to maximise the merit factor ZT = S2T/to reach a value close to 1. Historically, the best thermoelectric materials are low gap semiconductors such as Bi2Te3, PbTe, SiGe, with ZTs close to 1 for T~300K or very high T (~1000 °C for SiGe). These materials are effective, but present problems with toxicity, or thermal stability under air. Moreover, tellure is a very rare element, which cannot be used for large-scale applications. Research for new thermoelectric materials has grown greatly since the 1990s, following the publication of various articles predicting strong increases in S in nanostructured materials, or weak in complex crystallographic structures. It was also suggested that the presence of strong electronic correlations could increase S through a modification of the band structure. In 1997, I. Terasaki showed that it was indeed possible to obtain very high S values, close to those of a semiconductor, in a NaxCoO2 metal oxide with strong electronic correlations. Since the oxides were relatively resistant, they had never been considered for thermoelectricity until then. Oxides consist of abundant, non-toxic elements and can be very stable at high temperature and under air, which promotes the use of these materials for energy recovery applications at very high temperature. This founding article has been quoted 1600 times since 1997, and has truly opened up a new and extremely promising research pathway on thermoelectric oxides at international level. Collaborations between the CRISMAT laboratory and I. Terasaki have so far taken place through exchanges of doctors and PhD students. The aim of this Chair is now to strengthen previous collaborations by benefiting from a long-term presence of I. Terasaki in the laboratory. Ichiro Terasaki is an expert in magneto-transport properties in oxides, looking for original properties derived from the Seebeck effect (such as photoSeebeck'). In collaboration with the physicists and chemists of CRISMAT, he will be able to develop new lines of research within the laboratory, in order to better understand the physics of these thermoelectric materials, and thus determine the parameters relevant for their optimisation. (English)
18 November 2021
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Identifiers
EXT00743
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