Les matériaux thermoélectriques, autrefois principalement axés sur la conversion de la chaleur résiduelle en électricité, facilitent désormais les processus catalytiques, offrant des solutions innovantes en matière d'efficacité énergétique et d'amélioration de l'environnement.
Les matériaux thermoélectriques, essentiels à la conversion de l’énergie thermique en énergie électrique et à la réduction des déchets, ont étendu leur utilité au-delà de la récupération de chaleur jusqu’à la catalyse, pilotée par les gradients thermiques naturels et industriels.
Avec le développement rapide de la société humaine, la demande d’énergie a connu une croissance explosive. Cependant, au stade actuel, l'efficacité d'utilisation de l'énergie primaire est inférieure à 40 %, le reste étant perdu sous forme de chaleur perdue, ce qui entraîne de graves gaspillages d'énergie et exacerbe les problèmes environnementaux.
Les matériaux thermoélectriques, en tant que nouveau matériau énergétique capable de convertir directement l’énergie thermique en énergie électrique, suscitent une attention croissante dans le domaine de la récupération de chaleur résiduelle. Lorsqu'il y a une différence de température aux deux extrémités des matériaux thermoélectriques, une force thermoélectromotrice est générée à l'intérieur du matériau, réalisant ainsi la conversion de l'énergie thermique en énergie électrique.
Applications émergentes des matériaux thermoélectriques
En plus de leur utilisation comme générateurs électriques, les matériaux thermoélectriques ont ouvert de nouvelles voies pour la catalyse ces dernières années. Le faible gradient de température (<100 °C) provoqué par la chaleur généralisée dans la nature et dans la production industrielle fournit une force motrice suffisante pour les réactions catalytiques.
Cela permet de réutiliser les ressources thermiques résiduelles de faible qualité pour piloter différents processus de catalyse tels que la production d'hydrogène, la synthèse organique, la purification de l'environnement et les applications biomédicales. Il offre une nouvelle solution pour améliorer l’efficacité de l’utilisation de l’énergie, les économies d’énergie, la réduction des émissions et la catalyse verte.
Modes de fonctionnement des systèmes TECatal : (a) mode structure hybride, (b) mode monophasé, (c) mode nanojonction PN et (d) mode cellule thermogalvanique. Applications potentielles des matériaux TECatal dans (e) la production de H2 et la réduction du CO2, (f) la thérapie des tumeurs, (g) le traitement des gaz résiduaires des véhicules et (h) le revêtement des vitres pour la purification de l'air intérieur. Crédit : Science China Press
Avancées et perspectives d’avenir en thermoélectrocatalyse
Sur la base des progrès récents dans ce domaine émergent, l'équipe de l'Institut de technologie quantique et durable de l'Université du Jiangsu a proposé l'orientation conceptuelle de l'application de la thermoélectrocatalyse (TECatal) et a systématiquement résumé les matériaux catalytiques thermoélectriques et les modes de fonctionnement existants. Quatre modes de fonctionnement principaux ont été suggérés, notamment le mode structure hybride, le mode monophasé, le mode nanojonction PN et le mode cellule thermogalvanique.
L'étude explore les moyens d'améliorer les performances des matériaux catalytiques thermoélectriques grâce à l'optimisation des propriétés thermoélectriques, de l'ingénierie des bandes, des microstructures et de la stabilité. En outre, les perspectives des matériaux catalytiques thermoélectriques dans des domaines tels que l'énergie verte, le traitement des tumeurs et la gouvernance environnementale ont été proposées et discutées, fournissant ainsi des références importantes pour le développement futur de ce domaine.
