Thermoélectricité dans les solvants, liquides ioniques et ferrofluides
Auteur / Autrice : | Michel Beaughon |
Direction : | Sawako Nakamae |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Physique |
Date : | Soutenance le 17/12/2021 |
Etablissement(s) : | université Paris-Saclay |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....) |
Partenaire(s) de recherche : | référent : Faculté des sciences d'Orsay |
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-....) | |
Laboratoire : Service de physique de l'état condensé (Gif-sur-Yvette, Essonne) | |
Jury : | Président / Présidente : Souad Ammar |
Examinateurs / Examinatrices : Jorge García-Cañadas, David Lacroix, Veronika Zinovyeva, Jakub Drnec | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Jorge García-Cañadas, David Lacroix |
Mots clés
Résumé
Pouvoir récupérer la chaleur perdue et la transformer en énergie exploitable est devenu un enjeu primordial pour relever le défi énergétique. Il n’existe pas aujourd’hui de technologie efficace pour convertir les faibles énergies thermiques perdues en électricité. De plus, les dispositifs conventionnels tels que les semi-conducteurs thermoélectriques sont limités par leurs coûts importants, leur faible densité de puissance et la présence de matériaux toxiques. Des dispositifs alternatifs basés sur des cellules thermoélectrochimiques liquides ont récemment montré des résultats prometteurs.Ce travail étudie le comportement de couples rédox dissous en solution (solvants organiques, liquides ioniques et leurs mélanges) soumis à un gradient de température. Du fait de la dépendance du potentiel rédox avec la température, deux électrodes à des températures différentes induisent une tension proportionnelle au coefficient thermoélectrique (ou Seebeck) de l’électrolyte. La couche de solvatation joue un rôle clé dans le coefficient Seebeck d’ions métalliques comme le Co(bpy)3+/2+ (allant de 1mV/K jusqu’à 3mV/K selon le solvant). Quand une charge résistive est connectée aux deux électrodes, nous étudions le courant ainsi induit.Dans des suspensions colloïdales telles que des ferrofluides, la présence de nanoparticules modifie le coefficient Seebeck de la solution du fait de leur importante entropie de transfert d’Eastman grâce à l’effet de thermodiffusion (ou effet Soret). Nous étudions les propriétés thermoélectriques de ferrofluides basés sur des nanoparticules de maghémite en suspension dans un liquide ionique. En fonction de leur traitement de surface, et donc des interactions avec leur environnement ionique, le coefficient Seebeck et la puissance peuvent augmenter ou diminuer. De plus, des observations expérimentales suggèrent l’apparition d’une adsorption de nanoparticules à la surface d’électrode qui affecte également les propriétés thermoélectriques de ces solutions. Cet effet est étudié expérimentalement par réflectivité des rayons X.Dans les liquides ioniques, en l’absence de couple rédox et de réactions électrochimiques à l’interface électrode/électrolyte, un gradient de température peut induire une double couche ionique et ainsi former un supercondensateur. Nous étudions de tels supercondensateurs en comparant des résultats expérimentaux et une simulation de Monte-Carlo.