Antimoniures thermoélectriques pour applications hautes températures – HIGHTHERM

Les résultats préliminaires (obtenus lors d'un précédent projet) devront d'abord être répliqués (avec nos techniques de synthèse actuelles). Ensuite seront optimisés les compositions en alliant calculs DFT, synthèses «rapides«, mise en forme standardisée et mesures des propriétés de transport. La (ou les) meilleure(s) composés feront l'objet de synthèse à plus grande échelle, d'étude de vieillissement accéléré afin d'être «qualifiés«. Ensuite viendront des études de fabrication de jambes thermoélectriques par pressage direct des différents matériaux nécessaires (barrière de diffusion, métallisation...) afin de finaliser notre projet par la proposition d'un démonstrateur qui pourra être testé dans des conditions réelles.

N/A

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Le projet HIGHTHERM a pour but de développer des matériaux susceptibles d’être utilisés à des températures supérieures à 1000°C, afin de récupérer les chaleurs perdues lors de procédés industriels générant de grande quantité de chaleur (métallurgie, industrie du verre ou des céramiques). Les matériaux visés cristallisent dans une type structural cubique, ils sont pour le type n, La3Te4-x dont les propriétés thermoélectriques sont bien connues et très bonnes (ZT supérieure à 1 à 1000°C) et pour le type p, les composés du type RE4Sb3 (RE=Terre rare). Ces derniers sont au cœur de ce projet, ils feront l’objet d’une étude complète et leur optimisation sera facilitée par l’utilisation d’outils de modélisation. Des résultats préliminaires montrent que des performances thermoélectriques très prometteuses ont déjà été obtenues sur des compositions non optimisées et que des progrès non négligeables sont envisageables.
Ces deux matériaux seront fabriqués par des techniques de broyages à haute énergie suivies de recuits et d’une mise en forme par spark plasma sintering. Ces techniques permettent une grande maîtrise des paramètres associés afin de pouvoir assurer la reproductibilité de la synthèse et de la mise en forme, cela assurant par conséquent la reproductibilité des propriétés de transport thermique et électronique.
Ces deux matériaux seront utilisés pour fabriquer des couples p-n (seulement deux jambes thermoélectriques) qui permettront de caractériser rapidement la qualité des performances thermoélectriques de ce dispositif soumis à des gradients de température variés. La relative simplicité d’un tel couple nous permettra de pratiquer de nombreux tests afin de recueillir un grand nombre de données.
L’étape finale sera de fabriquer des démonstrateurs à partir de quelques couples p-n afin de pouvoir tester ces modules dans des conditions réelles, à l’intérieur de fours hautes températures reproduisant les fours verriers de Saint Gobain, partenaires industriel du projet. Les données fournies seront utilisées pour optimiser le design des démonstrateurs, pour valider leur utilisation dans des conditions industrielles. Le rendement et la durée de vie des démonstrateurs serviront également à estimer la quantité d’énergie récupérer sous forme utile et l’avantage économique lié à l’utilisation de modules thermoélectriques pour cette application industrielle. D’autres domaines seront également envisagés en fonction des données obtenues.
Notre consortium est idéalement constitué puisqu’il combine les expertises de centres de recherche à la pointe dans ce domaine : Laboratoire CRISMAT Caen, ISRN Rennes, NIMS Tsukuba via sont appartenance à l’UMI LINK (Tsukuba) et un industriel St Gobain via son centre de recherche CREE et son appartenance à l’UMI LINK (Tsukuba). Ce consortium possède tous les équipements nécessaires à la bonne réalisation de toutes les tâches liées à ce projet. HIGHTHERM est le premier projet qui s’attaque à des applications de récupération des chaleurs perdues à très haute température.