L’épaisseur du film d’alliage et l’empreinte au sol influencent la puissance électrique – Science

L’utilisation de la chaleur résiduelle contribue largement à l’approvisionnement énergétique durable. Les scientifiques de l’Institut de technologie de Karlsruhe (KIT) et de l’Université Tōhoku au Japon se sont maintenant beaucoup rapprochés de leur objectif de convertir la chaleur résiduelle en énergie électrique à de petites différences de température. Comme indiqué dans Joule, la puissance électrique par empreinte au sol des générateurs thermomagnétiques à base de films en alliage Heusler a été multipliée par 3,4.

De nombreux procédés techniques n’utilisent qu’une partie de l’énergie consommée. La fraction restante quitte le système sous forme de chaleur perdue. Souvent, cette chaleur est libérée dans l’environnement sans être utilisée. Cependant, il peut également être utilisé pour la fourniture de chaleur ou la production d’électricité. Plus la température de la chaleur résiduelle est élevée, plus sa réutilisation est facile et économique. Les générateurs thermoélectriques peuvent utiliser la chaleur perdue à basse température pour une conversion directe en énergie électrique. Les matériaux thermoélectriques utilisés jusqu’à présent, cependant, étaient chers et parfois même toxiques. De plus, les générateurs thermoélectriques nécessitent de grandes différences de température pour atteindre des rendements de quelques pour cent seulement.

Les générateurs thermomagnétiques représentent une alternative prometteuse. Ils sont basés sur des alliages dont les propriétés magnétiques dépendent fortement de la température. L’aimantation alternée induit une tension électrique dans une bobine appliquée. Les chercheurs ont déjà présenté les premiers concepts de générateurs thermomagnétiques au 19ème siècle. Depuis lors, la recherche a couvert une variété de matériaux. L’énergie électrique, cependant, laisse beaucoup à désirer.

Les scientifiques de l’Institut de technologie des microstructures (IMT) de KIT et de l’Université de Tōhoku au Japon ont maintenant réussi à augmenter largement la puissance électrique par empreinte de pas des générateurs thermomagnétiques. “Sur la base des résultats de nos travaux, les générateurs thermomagnétiques sont désormais compétitifs avec les générateurs thermoélectriques établis pour la première fois. Avec cela, nous nous sommes beaucoup rapprochés de l’objectif de conversion de la chaleur perdue en énergie électrique à de faibles différences de température”, déclare le professeur Manfred Kohl, chef du groupe des matériaux et dispositifs intelligents de l’IMT. Le travail de l’équipe est rapporté dans l’article de couverture du dernier numéro de Joule.

Vision: Récupération de la chaleur résiduelle proche de la température ambiante

Les alliages dits Heusler – composés intermétalliques magnétiques – sont appliqués sous la forme de couches minces dans des générateurs thermomagnétiques et permettent un grand changement de magnétisation en fonction de la température et un transfert de chaleur rapide. C’est la base du nouveau concept d’auto-actionnement par résonance. Même à de petites différences de température, des vibrations résonnantes sont induites dans les appareils et peuvent être converties efficacement en énergie électrique. Néanmoins, la puissance électrique des appareils individuels est faible et la mise à l’échelle dépendra du développement et de l’ingénierie des matériaux.

Les chercheurs du KIT et de l’Université de Tōhoku ont utilisé un alliage nickel-manganèse-gallium et ont découvert que l’épaisseur du film d’alliage et l’empreinte de l’appareil influencent la puissance électrique dans des directions opposées. Sur la base de cette découverte, ils ont réussi à améliorer la puissance électrique par empreinte de pas d’un facteur 3,4 en augmentant l’épaisseur du film d’alliage de 5 à 40 micromètres. Les générateurs thermomagnétiques ont atteint une puissance électrique maximale de 50 microwatts par centimètre carré à un changement de température de seulement trois degrés Celsius. «Ces résultats ouvrent la voie au développement de générateurs thermomagnétiques personnalisés connectés en parallèle pour une utilisation potentielle de la chaleur résiduelle proche de la température ambiante», explique Kohl. (ou)

Source de l’histoire:

Matériel fourni par Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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