Une avancée technologique récente permet de convertir la chaleur corporelle en électricité, offrant ainsi une solution durable pour alimenter des dispositifs vestimentaires et des capteurs IoT sans avoir recours à des batteries. Développé par une équipe de chercheurs de l’UNIST, ce dispositif à l’état solide utilise une cellule thermogalvanique capable de transformer les différences de température entre la chaleur du corps humain et l’air ambiant en énergie électrique. Cette innovation ouverte la voie à un avenir où nos équipements quotidiens pourraient fonctionner uniquement grâce à la chaleur générée par nos corps, garantissant ainsi une autonomie énergétique tout en réduisant l’impact environnemental des batteries traditionnelles.
Une équipe de chercheurs de l’UNIST a développé une avancée technologique révolutionnaire permettant de transformer la chaleur corporelle en électricité, capable d’alimenter des dispositifs électroniques. Ce nouveau dispositif à l’état solide, un cellule thermogalvanique à n-type, ouvre la voie à la commercialisation de gadgets vestimentaires sans batterie et de capteurs IoT fonctionnant uniquement grâce à la chaleur générée par le corps humain.
Le principe de fonctionnement
Les cellules thermogalvanique sont des générateurs compacts qui convertissent les différences de température, par exemple celle du corps humain (environ 36°C) par rapport à l’air ambiant (20-25°C), en énergie électrique. Toutefois, la faible différence de température entre ces deux environnements a longtemps représenté un défi, rendant difficile la production d’une puissance suffisante pour faire fonctionner des appareils électroniques réels.
Une innovation dans le domaine des dispositifs solid-state
Dirigée par le professeur Sung-Yeon Jang de l’École de génie énergétique et chimique de l’UNIST, l’équipe a mis au point la première cellule thermogalvanique à état solide de haute performance, capable de fournir suffisamment de tension et de courant pour alimenter des dispositifs pratiques. Les résultats de ce travail ont été publiés dans le journal Energy & Environmental Science.
Amélioration des performances grâce à une conception avancée
Contrairement à d’autres conceptions à état solide, qui présentent généralement des avantages comme l’absence de fuite, les problèmes de mobilité des ions au sein de l’électrolyte ont limité l’output . Grâce à une ingénierie minutieuse, les chercheurs ont conçu un électrolyte qui facilite le transport efficace des ions, augmentant ainsi la tension global de sortie. Par exemple, en connectant 100 de ces cellules en série, il est possible de générer environ 1.5V à partir de la chaleur corporelle, comparable aux batteries AA standards.
Applications potentielles
En reliant 16 modules de ce type, il est possible de faire fonctionner des appareils tels que des lumières LED, des horloges électroniques et des capteurs de température et d’humidité. La cellule présente également un coefficient de Seebeck de -40,05 mV/K, un ample progrès par rapport aux cellules n-type classiques. Ce dispositif a démontré une durabilité exemplaire, maintenant des performances constantes après 50 cycles de charge-décharge.
Composition et fonctionnement interne
Le cœur de cette cellule à état solide se compose d’un polymère conducteur, le PEDOT:PSS, et d’un couple redox de Fe(ClO₄)₂/3. Les interactions électrostatiques entre les groupes sulfonates chargés négativement (-SO₃⁻) du polymère et les ions Fe²⁺/Fe³⁺ établissent une structure stable, tout en permettant aux ions perchlorate (ClO₄⁻) de se déplacer librement, facilitant ainsi la diffusion des ions et les effets thermodiffusifs qui améliorent la sortie d’énergie.
Les perspectives offertes par cette recherche
Le professeur Jang a déclaré : « Cette recherche constitue une nouvelle étape dans la collecte d’énergie à partir de la chaleur des déchets à basse température et dans le développement de dispositifs de conversion d’énergie flexibles. Ce système a le potentiel de fonctionner de manière autonome pour des appareils électroniques vestimentaires et des dispositifs IoT entièrement alimentés par la chaleur corporelle. »
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