Les sources d’électricité nouvelle génération ouvrent la voie à des dispositifs complètement autonomes
Au cours de ces dernières années, différentes techniques de récupération d’énergie ont été mises au point pour tenter d’outrepasser les défauts des batteries en matière de coût et de sécurité chimique. Les systèmes de récupération d’énergie ont pour objectif de convertir différentes formes d’énergie en électricité dans le but de rendre les dispositifs autonomes, mais ils ne sont pas encore parvenus à remplacer les batteries, et ce pour plusieurs raisons. «Une question clé a été soulevée, et il est urgent d’y répondre: comment tirer parti de l’énorme potentiel que présentent les technologies de récupération de l’énergie?» demande Yang Bai, titulaire d’une bourse Marie Skłodowska-Curie dans le cadre du projet NextGEnergy. NextGEnergy, financé par l’UE, s’est attaché à étudier la possibilité qu’un matériau récupère de l’énergie à partir de sources multiples. «Nous cherchions un matériau capable de convertir simultanément la lumière, la chaleur et l’énergie cinétique en électricité», explique Yang Bai. Une fois ce matériau capable de tirer parti des trois énergies identifié, l’équipe a cherché à l’utiliser pour des dispositifs devant nécessairement être de petite taille et portables. Un matériau prodigieux capable de remplacer les batteries Les chercheurs ont commencé par étudier la composition chimique de leur matériau, appelé KNBNNO, pour déterminer ses propriétés électriques de base. Ils ont axé leurs efforts sur la modification des matériaux ferroélectriques conventionnels utilisés dans les capteurs et les actionneurs. Les chercheurs ont mené des expériences destinées à réduire la bande interdite de leur matériau, une propriété qui doit nécessairement être minimale pour que le matériau absorbe la lumière du soleil. L’équipe s’est trouvée confrontée à des enjeux techniques au début du projet dans la mesure où personne n’avait encore essayé de développer ce type de matériau auparavant. Elle a tenté de combiner des semi-conducteurs à bande interdite étroite et à forte ferroélectricité pour obtenir le matériau prodigieux recherché. L’équipe avait pour objectif «de permettre une récupération d’énergie multisource et multifonctionnelle sur le même matériau», explique Yang Bai. Quand une erreur se révèle être un heureux accident Au cours du premier quart du projet, l’équipe s’est consacrée à modifier la composition chimique des matériaux étudiés pour atteindre son objectif, jusqu’à ce qu’elle se rende compte que la méthode utilisée était incorrecte. «Nous supposions que c’était la raison pour laquelle nous n’avions pas rencontré de succès plus tôt», explique Yang Bai. «À ce stade, nous nous trouvions dans une situation où il n’existait absolument aucune expérience ou référence significatives pour ce que nous faisions.» En réduisant ce que l’on appelle la concentration de dopage à un niveau suffisamment bas, les chercheurs ont découvert qu’ils pouvaient utiliser leur matériau comme cellule solaire en sus de ses autres propriétés de récupération d’énergie. «L’ensemble du projet est passé d’un coup d’une bataille permanente à un succès scientifique révolutionnaire.» Alors que les chercheurs avaient initialement conçu leur nouveau matériau pour la récupération de différentes énergies, ils ont soudainement découvert le potentiel qu’il présentait pour d’autres applications. Ils ont compris que ce nouveau matériau pouvait également s’appliquer aux dispositifs opto-électriques et opto-ferroélectriques de nouvelle génération. Mettre ce nouveau matériau sur le marché En ce qui concerne l’avenir, les chercheurs espèrent pouvoir appliquer les résultats obtenus à la fois au domaine scientifique et au secteur industriel. Ils prévoient d’intégrer leurs résultats à leur savoir-faire existant afin de commercialiser le matériau et ses propriétés de récupération d’énergie aussi tôt que possible. La trajectoire actuelle des nouvelles technologies indique que le futur fonctionnera encore avec des batteries, mais l’équipe, elle, met l’accent sur les aspects durables de son nouveau matériau, propriété dont ne disposent pas les batteries. «Quand il est pratique de charger un dispositif, les batteries sont sans aucun doute une solution plus favorable pour les êtres humains et une réponse aux problématiques de stockage de l’énergie et de sources d’électricité», reconnait le responsable de l’équipe de recherche. «Cependant, chaque année, des millions de batteries sont jetées, et, si elles ne sont pas traitées de manière appropriée, du fait des produits chimiques qu’elles contiennent, elles représentent un risque pour l’environnement.» Et ce risque sera de plus en plus significatif avec le développement de l’Internet des objets, qui fera passer le nombre de dispositifs fonctionnant avec des batteries de plusieurs millions à plusieurs milliards.
Mots‑clés
NextGEnergy, ferroélectrique, Internet des objets, opto-électrique, cellule solaire, énergie cinétique, photo-ferroélectrique, piezoélectrique