Optimiser les dispositifs de collecte d'énergie en graphène

Le professeur de physique de l’Université de l’Arkansas (USA), Paul Thibado, a reçu un engagement financier de moins d’1 million de dollars sur cinq ans afin de soutenir le développement de capteurs d’énergie en graphène, une technologie qui transformerait notre façon de produire et de consommer l’énergie.

Paul Thibado et son équipe travaillent sur le développement de la technologie de capteur d’énergie en graphène (GEH) pour diverses sources d’énergie : solaire, thermique, acoustique, cinétique, non linéaire et rayonnement ambiant. À mesure que chaque dispositif est développé, son équipe construit ensuite un système de capteurs prototype complet autour de cette source d’énergie spécifique.

Nancy Chan, directrice exécutive de la Fondation WoodNext, a commenté : « Nous sommes ravis de soutenir le travail de Paul. Nous pensons que c’est une étape importante dans le développement de plus d’options d’énergie propre, ainsi qu’une avancée potentiellement passionnante dans la construction de l’internet des objets. »

Vers une nouvelle génération de capteurs

Paul Thibado a noté que la technologie actuelle des capteurs est alimentée par des batteries qui nécessitent des microwatts (un millionième de watt) de puissance continue. L’objectif de son projet est double :

Réduire la demande d’énergie des capteurs à des nanowatts (un milliardième de watt)
Alimenter ces capteurs en utilisant l’énergie récupérée de l’environnement local

Notamment, ces systèmes n’incluront pas de batteries, qui ont une durée de vie limitée, leur permettant d’atteindre des durées de vie opérationnelles exceptionnellement longues – potentiellement plusieurs décennies.

Paul Thibado, professeur de physique à l’université de l’Arkansas, étudie le graphène depuis sa découverte en 2004. Simple couche d’atomes de carbone disposés selon une structure en nid d’abeille, le graphène est en perpétuel mouvement. Il a découvert que l’énergie produite par ce mouvement pouvait être récoltée et stockée dans de minuscules batteries. Ces batteries sont idéales pour les capteurs installés dans des endroits difficiles d’accès, tels que les systèmes de canalisations souterraines ou les passages de câbles à l’intérieur des avions. L’énergie fournie par ces batteries est propre et potentiellement illimitée.

Une technologie aux applications multiples

Le chercheur envisage que ces capteurs soient utilisés dans le suivi des produits de transport, la gestion de flottes logistiques, le suivi du bétail, les capteurs de sol, la surveillance du climat agricole, les alertes d’inondation environnementales, la planification des catastrophes, la surveillance atmosphérique, la maintenance prédictive, la surveillance des processus de fabrication, les compteurs intelligents/grilles d’utilité, le stationnement intelligent en ville, le contrôle du trafic, l’éclairage de la ville, la gestion des déchets, la gestion des vélos/trottinettes, les systèmes de caméras, les systèmes d’alarme de bâtiment, le contrôle de la température, l’éclairage, l’accès, la surveillance de la condition physique portable, le suivi des enfants et le suivi médical.

Le graphène et les GEH

Découvert en 2004, le graphène est une feuille de graphite d’un atome d’épaisseur. Le graphène libre a une structure ondulée, chaque ondulation se retournant en réponse à la température ambiante.

Les GEH utilisent une feuille de graphène chargée négativement suspendue entre deux électrodes métalliques. Lorsque le graphène se retourne, il induit une charge positive dans l’électrode supérieure. Lorsqu’il se retourne, il charge positivement l’électrode inférieure, créant un courant alternatif.

Avec des diodes câblées en opposition, permettant au courant de circuler dans les deux sens, des chemins séparés sont fournis à travers le circuit, produisant un courant continu pulsé qui effectue un travail sur une résistance de charge.

En synthèse

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que le graphène ?

Le graphène est une forme de carbone qui est constituée d’une seule couche d’atomes disposés en une matrice bidimensionnelle. Il a été découvert en 2004 et est connu pour sa flexibilité et sa conductivité exceptionnelles.

Qu’est-ce qu’un capteur d’énergie en graphène (GEH) ?

Un capteur d’énergie en graphène est un dispositif qui utilise une feuille de graphène pour récolter l’énergie de l’environnement local. Le graphène est suspendu entre deux électrodes métalliques et génère un courant alternatif lorsqu’il se déplace en réponse à la température ambiante.

Quel est l’objectif du projet du professeur Thibado ?

Le professeur Thibado vise à développer et à optimiser les capteurs d’énergie en graphène pour réduire la demande d’énergie des capteurs à des nanowatts et les alimenter en utilisant l’énergie récoltée de l’environnement local.