Développement de générateurs thermoélectriques à base de composés sulfurés

Mots clés

Thermoélectricité, Générateur thermoélectrique, Matériaux sulfurés

Détail de l'offre

Les matériaux thermoélectriques (TE) permettent de convertir une différence de température en courant électrique (effet Seebeck) et vice versa (effet Peltier). Cette conversion d'énergie à l'état solide offre de nombreux avantages tels que l'absence de partie mobile et de vibration ou d'émission de gaz à effet de serre. Le principal obstacle à un plus large déploiement de cette technologie est le faible rendement de conversion des dispositifs TE qui restent inférieurs à ceux obtenus par d'autres technologies d'énergie alternative. Le rendement est directement lié aux propriétés de transport des matériaux TE qui composent la partie active de ces dispositifs. Un bon matériau TE doit posséder, à une température donnée T (K), un coefficient Seebeck S (ou pouvoir thermoélectrique, V/K) élevé, une faible conductivité thermique C (W/mK) de manière à maintenir le gradient de température et une faible résistivité électrique E (.m) pour minimiser l'effet Joule. Ces propriétés désirables sont exprimées au travers du facteur de mérite adimensionnel ZT = (S2T)/(C.E). La fabrication de dispositifs TE performants passe par l'obtention de matériaux présentant des ZT supérieurs à 1. L'intégration de matériaux optimisés dans des générateurs TE fait également face à de nombreux verrous scientifiques. Nous avons récemment démontré comment ce problème peut être contourné en insérant des couches métalliques qui agissent comme couche tampon d'un point de vue mécanique, conduisant à des densités de puissance records avec des composés skuttérudites optimisés. L'objectif de cette thèse est de fabriquer des dispositifs TE à base de composés sulfurés et de suivre l'évolution de leurs performances TE en fonction de la température et du temps. Les activités du (de la) candidat(e) retenu(e) porteront sur la fabrication de ces dispositifs. Des modélisations par éléments finis viendront guider ces recherches en prédisant les performances attendues en fonction des propriétés de transport des matériaux constituant les jambes TE. Cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet ANR Biscottes (qui débute en avril 2024) et qui comprend deux partenaires académiques (l'IJL à Nancy et le CRISMAT à Caen).