ERDF — CNRS (CRISMAT) — BEAVER PROJECT (Q3680087)
Jump to navigation
Jump to search
Project Q3680087 in France
| Language | Label | Description | Also known as |
|---|---|---|---|
| English | ERDF — CNRS (CRISMAT) — BEAVER PROJECT |
Project Q3680087 in France |
Statements
141,336.00 Euro
0 references
353,340.0 Euro
0 references
40.0 percent
0 references
1 October 2018
0 references
30 September 2022
0 references
CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
0 references
49°12'0.97"N, 0°20'57.37"W
0 references
14052
0 references
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)
0 references
With a view to drastic reductions in greenhouse gas emissions, all “green” energy production or energy reduction pathways are gradually being explored. Thus the generation of electricity from heat lost by means of thermoelectric modules (seebeck effect) represents a particularly promising route [1]. This technology has undeniable advantages in terms of reliability, maintenance, absence of vibrations, which makes it attractive, for example, for automotive, industrial, or building uses. This reliability is demonstrated by the use of radio-isotopic thermoelectric generators in NASA’s distant exploration probes (Voyager, Cassini, etc.) [2]. Research on thermoelectric materials takes place at regional level in the field of RIS3 Energy and Materials. Today, two scientific/technological locks are the major handicaps of thermoelectric technology: the efficiency of the devices and the abundance of the components that make up the thermoelectric materials. The performance of a device depends directly on the material transport properties through the ZT dimensional merit factor (ZT=S/(PK)*T) where S is the Seebeck coefficient, P the electrical resistivity, K the thermal conductivity, and T the absolute temperature. Optimising the performance of a device is tantamount to increasing the ZT factor. The second difficulty is linked to the first: materials with the best ZT factors are composed of expensive and unpleasant elements on Earth (such as Bi, Te, Pb or Ge). The design of new, economically viable and abundant materials that could replace conventional materials used in current thermoelectric devices would pave the way for new applications. Despite the real potential of some compounds, including complex structures (Zintl, skutterudites, clathrates)[3] for medium to high temperature thermoelectric applications (100-1 000 °C), ZT values, production costs or the fragility and stability of some of these materials are still hampering their use in commercial devices for industry or the general public. This is why it is essential to develop new, efficient and inexpensive materials. Recently, intrinsically low conductivities (close to a glass) have been reported in sulphides with complex crystallographic structures, leading to ZT merit figures close to the unit at 400 °C [4.5]. These mineral materials are also inexpensive because they are composed of abundant and otherwise non-toxic elements (Cu,Fe,Sn,S). This year, CRISMAT researchers highlighted the importance of the densification technique (SPS, hot pressing, etc.) used to produce industrial ceramics. The densification technique can induce (or not) structural defects and alter the thermal conductivity of the compounds. A ZT value of 0.9 at 400 °C was obtained on the compound Cu26V2Sn6S32, a material of mineral origin (colusite) and reynthetised in the laboratory. This work was published in the highly recognised scientific journal Journal of American Chemical Society [5]. This material is today the best sulphide material for applications between the ambient and 400 °C. Using this material in thermoelectric devices would allow the possibility to consider yields of around 10-15 % which could significantly reduce the damping times of the devices.However, two scientific/technological locks need to be lifted: 1) Control the densification of this material in industrial furnaces and 2) Produce large samples for the manufacture of thermoelectric modules. (English)
18 November 2021
0 references
Im Hinblick auf die drastische Verringerung der Treibhausgasemissionen werden nach und nach alle Wege der „grünen“ Energieerzeugung oder der Senkung des Energieverbrauchs erforscht. So stellt die Stromerzeugung aus Abwärme mittels thermoelektrischer Module (Seebeck-Effekt) einen besonders vielversprechenden Weg dar [1]. Diese Technologie hat unbestreitbare Vorteile in Bezug auf Zuverlässigkeit, Wartung und keine Vibrationen, die sie z. B. für den Einsatz in der Automobilindustrie, in der Industrie oder im Baugewerbe attraktiv machen. Diese Zuverlässigkeit wird unter anderem durch den Einsatz thermoelektrischer Radioisotopengeneratoren in den Fernforschungssonden der NASA (Voyager, Cassini usw.) nachgewiesen [2]. Die Forschung zu thermoelektrischen Werkstoffen erfolgt auf regionaler Ebene im Bereich der RIS3 Energie und Werkstoffe.Heute stellen zwei wissenschaftliche/technologische Sperren die größten Nachteile der thermoelektrischen Technologie dar: die Leistungsfähigkeit der Geräte und die Fülle der Elemente, aus denen die thermoelektrischen Materialien bestehen. Der Wirkungsgrad eines Geräts hängt direkt von den Transporteigenschaften des Materials durch den adimensionalen Verdienstfaktor ZT (ZT=S/(PK)*T) ab, wobei S der Koeffizient Seebeck, P der elektrischen Widerstandsfähigkeit, K die Wärmeleitfähigkeit und T die absolute Temperatur ist. Die Optimierung des Wirkungsgrades eines Geräts bedeutet eine Erhöhung des ZT-Faktors. Die zweite Schwierigkeit hängt mit der ersten zusammen: die Materialien mit den besten ZT-Faktoren bestehen aus teuren und geringen Elementen auf der Erde (wie Bi, Te, Pb oder Ge). Das Design neuer, wirtschaftlich tragfähiger und reichlich vorhandener Materialien, die herkömmliche Materialien ersetzen können, die in den derzeitigen thermoelektrischen Geräten verwendet werden, würde den Weg für neue Anwendungen ebnen. Trotz des tatsächlichen Potenzials einiger Verbindungen mit komplexen Strukturen (Zintl, Skutterudite, Clathrate)[3] für Anwendungen in der Thermoelektrizität bei mittlerer und hoher Temperatur (100-1 000 °C) bremsen die ZT-Werte, die Produktionskosten oder die Zerbrechlichkeit und Stabilität einiger dieser Materialien heute noch ihre Verwendung in kommerziellen Geräten für die Industrie oder die breite Öffentlichkeit. Deshalb ist es von entscheidender Bedeutung, neue, leistungsstarke und kostengünstige Materialien zu entwickeln. In letzter Zeit wurden inhärent niedrige Leitfähigkeiten (in der Nähe eines Glases) in Sulfide mit komplexen kristallographischen Strukturen berichtet, die zu Verdienstfiguren von ZT in der Nähe der Einheit bei 400 °C führen [4,5]. Diese Materialien mineralischen Ursprungs sind ebenfalls preiswert, da sie aus reichlichen und sonst ungiftigen Elementen (Cu,Fe,Sn,S) bestehen. Die Forscher des CRISMAT haben in diesem Jahr insbesondere die Bedeutung der Verdichtungstechnik (SPS, Warmpressen usw.) hervorgehoben, die zur Herstellung industrieller Keramiken eingesetzt wird. Die Verdichtungstechnik kann strukturelle Defekte verursachen (oder nicht) und die Wärmeleitfähigkeit der Verbindungen verändern. Ein ZT-Wert von 0.9 bis 400 °C wurde auf der Verbindung Cu26V2Sn6S32 gewonnen, einem mineralischen Material (Clorusit), das im Labor resynthetisiert wurde. Diese Arbeiten wurden in der anerkannten wissenschaftlichen Zeitschrift Journal of American Chemical Society veröffentlicht [5]. Dieses Material ist heute das beste Sulfidmaterial für Anwendungen zwischen der Umgebung und 400 °C. Durch die Verwendung dieses Materials in thermoelektrischen Geräten könnten Wirkungsgrade von etwa 10-15 % in Betracht gezogen werden, die die Dämpfungszeit der Geräte erheblich verkürzen könnten.Doch müssen zwei wissenschaftliche/technologische Schlösser aufgehoben werden: 1) Beherrschen Sie die Verdichtung dieses Materials in Industrieöfen und 2) Produzieren Sie große Proben für die Herstellung von thermoelektrischen Modulen. (German)
1 December 2021
0 references
Identifiers
18P01361
0 references