DS0202 - Captage des énergies renouvelables et récupération des énergies de l’environnement

Matériaux Sulfures à Structures Complexes: application à la Thermoélectricité – MASSCOTE

MAtériaux Sulfures à Structures COmplexes: application à la ThermoÉlectricité

Le projet MASSCOTE vise à accroître les propriétés thermoélectriques de composés sulfurés à structures cristallines complexes. MASSCOTE met l'accent sur les matériaux à clusters de métaux de transition, les phases tetraédrites Cu12Sb4S13 et les composés ternaires Cu-Sn-S. La démarche scientifique est basée sur une complémentarité entre les trois partenaires, une expertise, un savoir-faire en chimie du solide, analyse structurale,métallurgie des poudres, mesures thermoélectriques et modelisation.

Objectifs globaux et verrous scientifiques/techniques

Les principaux objectifs du projet MASSCOTE sont: <br />-Découverte de matériaux sulfures thermoélectriques avec un ZT moyen de 1 (RT-700K), en se focalisant sur trois familles de matériaux: clusters de métaux de transition, tetraédrites et ternaires Cu-Sn-S <br />-Consolidation de matériaux massifs avec une bonne stabilité en température.

L'approche scientifique repose sur 3 workpackages:
1) Synthèse et procédés
2) Analyses structurales et physico-chimiques
3)Mesures de propriétés thermoélectriques, modélisation et optimisation.

-La présence d'arsenic dans les tétraédrites naturelles ne détériore pas les propriétés thermoélectriques et ne représente donc pas un paramètre important pour l'étude des composites.
-La production par mécanosynthèse de matériaux composites tétraédrite naturelle/tétraédrite synthétique.
-Les conditions de synthèses du composé à clusters de structure clathrate ont été déterminées.
-Les limites d'utilisation des composés Cu12Sb4S13 (type p) et Cu4Sn7S16 (type n) sont en accord avec les objectifs du projet ANR (i.e. T = 700 K).
-La synthèse d'un composé d'origine minérale en laboratoire : Cu22Fe8Ge4S32

-Etude de nouveaux formulations du composé colusite
-Diffraction de neutrons in situ de différentes phases ternaires/quaternaires
-Densification SPS du composé clathrate
-Synthèse de nouveaux clusters de Mo
-Diffusion inélastique des neutrons sur des composés tétrahédrites et colusites

P. Masschelein et al., Journal of Alloys and Compounds, 739, 360-367 (2018).
P. Lemoine et al., J. Solid State Chem. 247 (2017) 83-89
V. Pavan Kumar et al. Inorg. Chem. 56 (2017) 13376

Le projet MASSCOTE vise à accroître les propriétés thermoélectriques de composés sulfurés à structures cristallines complexes. Les applications dans les domaines de l’énergie solaire, de l’automobile, de l’industrie sont particulièrement visées afin de convertir les énergies thermiques perdues et renouvelables en électricité. MASSCOTE met particulièrement l'accent sur les matériaux à clusters de métaux de transition, les phases tetraédrites Cu12Sb4S13 et les composés ternaires Cu2Sn3+xS7+2x (0 = x = 1). La démarche scientifique est basée sur une complémentarité avérée entre les trois partenaires, une expertise, un savoir-faire en chimie du solide, analyse structurale, métallurgie des poudres, mesures thermoélectriques et compréhension des propriétés de transport et modélisation. La synthèse de composés sulfurés présentant des figures de mérite ZT élevées permettrait d’apporter des avancées significatives dans le développement et la commercialisation de dispositifs thermoélectriques.

To be completed in final version for 3rd November.

Coordinateur du projet

Monsieur Emmanuel GUILMEAU (Laboratoire de Cristallographie et Sciences des Matériaux)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

CRISMAT Laboratoire de Cristallographie et Sciences des Matériaux
ISCR Institut des Sciences Chimiques de Rennes
IJL CNRS/ Institut Jean Lamour

Aide de l'ANR 562 181 euros
Début et durée du projet scientifique : août 2016 - 36 Mois

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