Les nouvelles antennes optiques récoltent 100 fois plus d’électricité grâce à la chaleur

Les rectennes optiques les plus efficaces au monde peuvent encore récolter plus de 100 fois plus d’énergie à partir de la chaleur perdue par rapport aux appareils précédents, bien qu’une nouvelle étude révèle qu’il faut beaucoup de travail avant de pouvoir atteindre une valeur pratique.

Les rectennes – abréviation de «antennes de redressement» – captent les ondes électromagnétiques tout comme les antennes de voiture. Lorsque l’antenne d’une rectenne reçoit un signal, elle génère charges oscillantes qui se déplacent à travers les diodes de redressement attachées. Ces redresseurs convertissent ensuite ces fluctuations en courant électrique continu.

En théorie, les rectennes pourraient récolter de l’énergie de la chaleur qui serait normalement gaspillée. “Ce serait formidable si ceux-ci pouvaient contribuer au changement climatique”, dit l’auteur principal de l’étude Amina Belkadi, ingénieur électricien à l’Université du Colorado à Boulder. “Vous pouvez imaginer les ajouter à des cellules solaires pour pouvoir en tirer encore plus d’énergie.”

Cependant, l’efficacité de conversion des rectennes optiques s’est avérée bien trop faible pour les rendre utiles pour de telles applications. Le problème est que pour capter le rayonnement thermique, les rectennes doivent être extrêmement petites, mais plus elles sont petites, plus leur résistance augmente, ce qui peut réduire leur puissance.

Maintenant, Belkadi et ses collègues ont trouvé un moyen d’augmenter considérablement l’efficacité de la rectenne optique en utilisant un effet quantique à peu près équivalent aux électrons traversant les murs. Ils ont détaillé leurs découvertes en ligne le 18 mai dans le journal Communications de la nature.

Dans les rectennes conventionnelles, les électrons doivent passer à travers un isolant pour générer de l’énergie. Ces isolateurs ajoutent beaucoup de résistance, réduisant la quantité d’électricité que ces appareils peuvent produire.

En utilisant une stratégie contre-intuitive, les chercheurs ont ajouté deux isolateurs à leurs rectennes au lieu d’un seul. Si la bonne épaisseur et les bons matériaux sont choisis pour cette tranchée étroite – un soi-disant «puits quantique» – les électrons qui la frappent avec juste la bonne quantité d’énergie peuvent la traverser sans subir de résistance. C’est la première fois que des scientifiques prouvent qu’un tel «tunnel résonnant» est possible avec des rectennes optiques.

Les scientifiques ont testé un réseau de plus de 250000 rectennes en forme de nœud papillon en nickel, oxyde de nickel, oxyde d’aluminium, chrome et or qui ne mesuraient chacune que 11 nm de long et 6 nm de large. Ils ont constaté que leurs appareils affichaient des rendements de conversion 100 à 1000 fois supérieurs à ceux des rectennes optiques précédentes.

Pourtant, l’efficacité de conversion de ces nouvelles rectennes reste faible – seulement 0,001%. «Nous avons encore un long chemin à parcourir», déclare Belkadi.

Un moyen potentiel d’améliorer encore l’efficacité de la rectenne optique est d’expérimenter différents matériaux que plus d’électrons peuvent traverser. «Peut-être pouvons-nous pousser encore 1 000 fois l’efficacité de la conversion», déclare Belkadi. “Avec des rendements de conversion de 1 à 2%, étant donné l’énorme quantité d’énergie perdue sous forme de chaleur perdue, les gens vont commencer à gifler de telles rectennes sur les murs.”