Energy conversion from electroactive materials and Modeling of behaviour on these materials
Récupération d’énergie à partir de matériaux électroactif. Modélisation du comportement de ces derniers
Résumé
He need of self-powered and wireless systems is at the origin of intense research activity on the electrical energy harvesting from surrounding sources of thermal or mechanical origin. This energy harvesting can be made only if adapted materials of conversion, object of this thesis and efficient methods of extraction of energy are available. Among different types of materials, electro-active polymers occupy a place of choice because they are easy of implementation and can be deposited on of very large surfaces. Firstly, an analytical model was proposed to model the expression of electric current and available power that can be harvested by using a polymeric film glued together on a metallic beam mechanically excited on its first flexural mode. This model showed for instance that the permittivity of the polymeric film is one of the key parameters to improve the conversion. This model was experimentally validated by using polymers of trade and also allowed to assess the effect of the thickness of the film and working frequency. Secondly, polymers filled in volume by nanometric or micrometric conductive powders have been synthesized. It was shown that the use of such fillers allows increasing the permittivity thanks to a mechanism of interfacial polarization and, in accordance with the results predicted by the model, also allows enhancing the performances of energy harvesting.
Le besoin de systèmes auto-alimentés et sans fils est à l’origine d’une activité intense de recherches sur la récupération d’énergie électrique à partir de sources ambiantes d’origine thermique ou mécanique. Cette récupération ne peut se faire que si l’on dispose de matériaux de conversion adaptés, objet de cette thèse et de méthodes efficaces d’extraction d’énergie. Parmi les différents types de matériaux, les polymères électro-actifs occupent une place de choix car ils sont faciles de mise en œuvre et peuvent être déposés sur de très grandes surfaces quelles soient planes ou non. Dans un premier temps, un modèle analytique a été réalisé pour obtenir l’expression du courant électrique et de la puissance disponible lorsqu’on récupère l’énergie électrique avec un film polymère collé sur une poutre métallique excitée mécaniquement sur son premier mode de flexion. Ce modèle a par exemple montré que la permittivité du film polymère est un des paramètres clefs pour augmenter la conversion. Ce modèle a été validé expérimentalement en utilisant des polymères du commerce et a permis aussi d’évaluer l’effet de l’épaisseur du film et de la fréquence de travail. Dans un deuxième temps, des composites utilisant des charges conductrices de taille nanométriques ou micrométriques dispersées en volume dans le polymère ont été synthétisés. Il a été montré que l’emploi de charges conductrices permet d’augmenter la permittivité grâce à un mécanisme de polarisation interfaciale et, conformément à ce que le modèle prédit, d’accroitre les performances en récupération d’énergie.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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