En Chine, des chercheurs ont créé des fibres céramiques révolutionnaires permettant de transformer les vibrations en électricité. Cette technologie triplerait la production en énergie des nanogénérateurs et, en même temps, aiderait au suivi précis et autonome des réseaux électriques. Elle ouvrirait aussi la voie vers des capteurs intelligents auto-alimentés pour les infrastructures critiques.
Des chercheurs de l’université de Henan en Chine ont annoncé en septembre avoir mis au point une nouvelle fibre céramique qui pourrait révolutionner le domaine des nanogénérateurs piézoélectriques (PENGs). Cette technologie permettrait de tripler la production d’énergie des PENGs, ouvrant la voie à une nouvelle ère de production et de surveillance des réseaux électriques.
Des fibres céramiques pour palier la faible performance de sortie des PENGs
Les nanogénérateurs piézoélectriques (PENGs) sont des matériaux à base de composites flexibles servant à la construction de couches de détection auto-alimentées pour les réseaux électriques. Ces dispositifs peuvent capter l’énergie des vibrations provenant de mouvements mécaniques, humains ou d’une machine. Mais, leurs faibles performances de sortie, dues à une polarisation inadéquate, entravent leur intégration efficace aux circuits de gestion d’énergie et aux systèmes de reconnaissance de signaux.
Les fibres céramiques forment une structure mixte composée de matériaux variés
Pour combler ce défaut, les chercheurs chinois proposent des PENGs haute performance, permettant de récolter de l’énergie à partir des vibrations générées par des sources mécaniques variées. Ils ont conçu des fibres céramiques piézoélectriques ramifiées en enrobant une céramique – le BCZT (titanate de baryum-calcium-zirconium) – de nanoparticules d’argent. Ces fibres forment une structure mixte composée de matériaux variés, améliorant ainsi la polarisation et le transport des charges. Elles profitent de voies supplémentaires pour la circulation de l’électricité et une meilleure charge de la capacité de stockage.
Les fibres céramiques génèrent une plus grande quantité d’électricité
Grâce à une efficacité de polarisation accrue, les charges à l’intérieur des fibres céramiques s’alignent de manière plus forte, générant une plus grande quantité d’électricité. Aussi, lorsque ces fibres sont pressées, les barrières de Schottky formées entre l’argent et la céramique dirigent les charges de manière optimale, évitant leur dispersion. En les intégrant à un plastique comme le PVDF, assure l’équipe de recherche, le nanogénérateur atteint une production de 96,4 volts et 15,52 microampères. Soit une performance multipliée par trois à six par rapport aux fibres standards.
Une précision de 96% dans la détection de l’état des dispositifs d’amortissement de vibrations en temps réel
Aussi, les chercheurs chinois ont découvert que le nanogénérateur captait l’énergie des vibrations provenant des lignes elles-mêmes, sans nécessiter de batteries. En utilisant des circuits, des communications sans fil et l’apprentissage automatique, ils ont créé un système intelligent d’Internet des objets de puissance (IoT de puissance), qui pourrait détecter l’état des dispositifs d’amortissement de vibrations en temps réel avec une précision allant jusqu’à 96%. Cette performance démontre le potentiel du système pour une utilisation dans des capteurs intelligents autonomes au sein du réseau électrique. Ce qui faciliterait une maintenance plus rapide, économique et sécurisée.
Vers des systèmes de surveillance intelligents
Si cette technologie suscite de grandes promesses, ses concepteurs devront relever plusieurs défis avant son application effective. Il leur faudra notamment augmenter la production d’électricité pour une intégration harmonieuse avec les systèmes électroniques. Il sera également essentiel de prouver que le dispositif peut fonctionner de manière autonome sans source d’énergie externe, mais également résister aux conditions réelles et parfois chaotiques des réseaux électriques.
Si ces obstacles sont levés, cette innovation permettra aux systèmes de surveillance intelligents de se passer d’équipes de maintenance pour le remplacement régulier des batteries. Ce qui pourrait constituer un atout majeur en termes de fiabilité et de coût.
