L'eau comme vecteur d'énergie
Le silicium nanoporeux produit de l'électricité par friction avec l'eau
Une équipe de recherche européenne associant l'université technologique de Hambourg (TUHH) et le Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY a mis au point un nouveau moyen de convertir l'énergie mécanique en électricité, en utilisant l'eau confinée dans des pores de silicium de taille nanométrique comme fluide de travail actif.
Dans une étude publiée dans Nano Energy (Elsevier), des scientifiques du CIC energiGUNE (Espagne), de l'université de Ferrare (Italie), de l'université technologique de Hambourg (TUHH) et de DESY (Allemagne), de l'université de Silésie à Katowice (Pologne) et de l'université technique de Riga (Lettonie) ont mis au point une nouvelle méthode de conversion de l'énergie mécanique en électricité, et l'université technique de Riga (Lettonie) - soutenus par le pôle d'excellence "BlueMat - Water-Driven Materials" - démontrent que l'intrusion et l'extrusion cycliques d'eau dans des monolithes de silicium nanoporeux hydrofuges peuvent produire une énergie électrique mesurable.
L'électricité est générée dans les pores de silicium uniquement par la friction causée par la pression et l'eau. Cette technologie peut être utilisée dans des domaines soumis à une pression mécanique élevée, tels que les amortisseurs de véhicules.
TU Hamburg, DESY, Künsting
De l'électricité générée par la friction dans de minuscules pores
Le système mis au point, connu sous le nom de nanogénérateur triboélectrique à intrusion-extrusion (IE-TENG), utilise la pression pour faire entrer et sortir l'eau de façon répétée dans des pores nanométriques. Au cours de ce processus, des charges sont générées à l'interface entre le solide et le liquide. Il s'agit d'un type d'électricité par friction qui se produit souvent dans la vie de tous les jours. Un exemple que tout le monde connaît : marcher sur une moquette en PVC avec des chaussures. Les électrons se transfèrent d'un corps à l'autre, accumulant une charge qui se décharge brusquement au contact d'un troisième corps. Par exemple, lorsqu'on touche une poignée de porte, la charge s'écoule et on reçoit un petit choc électrique. L'efficacité de conversion énergétique obtenue, qui peut atteindre 9 %, est l'une des plus élevées jamais observées pour des nanogénérateurs solide-liquide. "Même l'eau pure, lorsqu'elle est confinée à l'échelle nanométrique, peut permettre la conversion énergétique", explique le professeur Patrick Huber, porte-parole du groupe d'excellence BlueMat - Water-Driven Materials de l'université technologique de Hambourg (TUHH) et de DESY. Luis Bartolomé (CIC energiGUNE) ajoute : "La combinaison du silicium nanoporeux et de l'eau permet de créer une source d'énergie efficace et reproductible - sans matériaux exotiques, mais simplement en utilisant le semi-conducteur le plus abondant sur terre, le silicium, et le liquide le plus abondant, l'eau".
La conception des matériaux, la clé
"Une étape cruciale a été le développement de structures de silicium conçues avec précision, qui sont à la fois conductrices, nanoporeuses et hydrophobes", explique le Dr Manuel Brinker de l'Université de technologie de Hambourg. "Cette architecture nous permet de contrôler le mouvement de l'eau à l'intérieur des pores, ce qui rend le processus de conversion énergétique à la fois stable et évolutif. Cette technologie ouvre la voie à des systèmes de capteurs autonomes et sans entretien, par exemple pour la détection de l'eau, la surveillance du sport et de la santé dans les vêtements intelligents, ou la robotique haptique, où le toucher ou le mouvement génère directement un signal électrique. "Les matériaux alimentés par l'eau marquent le début d'une nouvelle génération de technologies autonomes", soulignent les auteurs correspondants, le professeur Simone Meloni (université de Ferrare) et le docteur Yaroslav Grosu (CIC energiGUNE).
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Publication originale
Luis Bartolomé, Nicola Verziaggi, Manuel Brinker, Eder Amayuelas, Sebastiano Merchori, Mesude Z. Arkan, Raivis Eglītis, Andris Šutka, Mirosław Chorążewski, Patrick Huber, Simone Meloni, Yaroslav Grosu; "Triboelectrification during non-wetting liquids intrusion–extrusion in hydrophobic nanoporous silicon monoliths"; Nano Energy, Volume 146
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