I en värld där energiförbrukningen ökar, vårt enda hopp är utvecklingen av ny teknik för energiproduktion. Även om för närvarande använda förnybara energikällor som vind- och solenergi har sina fördelar, det finns en gigantisk, permanent, och outnyttjad energikälla bokstavligen under våra näsor:geotermisk energi.

För att generera elektricitet från geotermisk energi krävs enheter som på något sätt kan använda värmen i jordskorpan. Nyligen, ett team av forskare vid Tokyo Tech, ledd av Dr Sachiko Matsushita, har gjort stora framsteg i förståelsen och utvecklingen av sensibiliserade termiska celler (STC), ett slags batteri som kan generera elkraft vid 100 grader C eller mindre.

Det finns flera metoder för att omvandla värme till elkraft, dock, deras storskaliga tillämpning är inte genomförbar. Till exempel, varma och kalla redoxbatterier och enheter baserade på Seebeck-effekten är inte möjliga att bara begrava dem i en värmekälla och utnyttja dem.

Dr Matsushitas team har tidigare rapporterat användningen av STC som en ny metod för att omvandla värme direkt till elkraft med färgkänsliga solceller. De ersatte också färgämnet med en halvledare för att systemet ska fungera med hjälp av värme istället för ljus. Figur 1 illustrerar illustrativt STC, ett batteri som består av tre lager mellan elektroderna:ett elektrontransportskikt (ETM), ett halvledarskikt (germanium), och ett fast elektrolytskikt (kopparjoner). Kortfattat, elektroner går från ett lågenergitillstånd till ett högenergitillstånd i halvledaren genom att bli termiskt upphetsade och överförs sedan naturligt till ETM. Efteråt, de lämnar genom elektroden, gå igenom en extern krets, passera genom motelektroden, och sedan nå elektrolyten. Oxidations- och reduktionsreaktioner som involverar kopparjoner sker vid båda gränsytorna för elektrolyten, vilket resulterar i att lågenergi-elektroner överförs till halvledarskiktet så att processen kan börja om på nytt, därmed fullbordas en elektrisk krets.

Dock, det var inte klart vid den tiden om ett sådant batteri skulle kunna användas som en evig motor eller om strömmen någon gång skulle stanna. Efter testning, laget observerade att elektricitet verkligen slutade rinna efter en viss tid och föreslog en mekanism som förklarar detta fenomen. I grund och botten, strömmen stannar eftersom redoxreaktionerna vid elektrolytskiktet slutar på grund av förflyttning av de olika typerna av kopparjoner. Viktigast, och överraskande, de fick reda på att batteriet kan återställa denna situation själv i närvaro av värme genom att helt enkelt öppna den externa kretsen under en tid; med andra ord, genom att använda en enkel switch. "Med en sådan design, värme, brukar betraktas som energi av låg kvalitet, skulle bli en stor förnybar energikälla, "säger Matsushita.

Teamet är mycket glada över deras upptäckt på grund av dess tillämplighet, miljövänlighet, och potential för att lösa den globala energikrisen. "Det finns ingen rädsla för strålning, ingen rädsla för dyr olja, ingen instabilitet för elproduktion som när man förlitar sig på solen eller vinden, "påpekar Matsushita. Ytterligare förbättringar av denna typ av batterier kommer att vara syftet med framtida forskning, med hopp om att en dag lösa mänsklighetens energibehov utan att skada vår planet.