En vy från ett elektronmikroskop visar det flerväggiga kolnanoröret "buckypaper" som används i de nya termocellerna.
(PhysOrg.com) -- En studie publicerad i American Chemical Societys tidskrift Nanobokstäver avslöjar att termoceller baserade på kolnanorörselektroder så småningom kan användas för att generera elektrisk energi från värme som kasseras av kemiska anläggningar, bilar och solcellsgårdar. Dr Ray Baughman, direktör för Alan G. MacDiarmid NanoTech Institute, samarbetade med ett internationellt team av forskare kring resultaten.
Att effektivt skörda den termiska energi som för närvarande slösas bort i industrianläggningar eller längs rörledningar kan skapa lokala källor till ren energi som i sin tur kan användas för att sänka kostnaderna och krympa en organisations energifotavtryck.
De nya termocellerna använder nanorörselektroder som ger en trefaldig ökning av energiomvandlingseffektiviteten jämfört med konventionella elektroder.
En av de demonstrerade termocellerna ser ut precis som knappcellsbatterierna som används i klockor, miniräknare och annan mindre elektronik. En viktig skillnad, dock, är att dessa nya termoceller kontinuerligt kan generera elektricitet, istället för att ta slut som ett batteri. Forskningen skapade andra termoceller, också, inklusive elektrolytfyllda, textilseparerade nanorörskivor som kan lindas runt rör som transporterar varma avfallsströmmar från tillverknings- eller elkraftverk. Temperaturskillnaden mellan röret och dess omgivning ger en elektrokemisk potentialskillnad mellan kolnanorörsskivorna, som termoceller använder för att generera elektricitet.
Dr Ray Baughman, Robert A. Welch ordförande i kemi och chef för Alan G. MacDiarmid NanoTech Institute, samarbetade med ett internationellt team av forskare från USA, Australien, Kina, Indien och Filippinerna.
"Vi har länge varit energistaten, eftersom Texas har olja och gas i marken och texaner har uppfunnit nyckelteknologier för att få dem upp till ytan, sa Baughman. "Men, Att vara energistat i framtiden måste i allt högre grad innefatta att upptäcka nya sätt att utvinna alla former av energi. Att skörda avfallsvärmeenergi är bara en riktning som vårt NanoTech Institute har tagit med vårt internationella team för att hjälpa till att tillhandahålla en energibaserad framtid för Texas och världen.”
En termocell lindas runt ett rostfritt stålrör för att generera elektrisk kraft.
Forskargruppen uppskattar att flerväggiga kolnanorör i stora termoceller så småningom skulle kunna producera kraft till en kostnad av cirka 2,76 USD per watt från fritt tillgänglig avfallsenergi, jämfört med en kostnad på 4,31 USD per watt för solceller, som bara kan användas när solen skiner. I mindre skala, termoceller i knappcellstorlek kan användas för att driva sensorer eller elektroniska kretsar.
De nya termocellerna drar fördel av den exceptionella elektroniska, mekanisk, termiska och kemiska egenskaper hos kolnanorör. Nanorörens gigantiska yta och unika elektroniska struktur som ges av deras lilla diameter och nästan endimensionella struktur erbjuder höga strömtätheter, som förbättrar produktionen av elektrisk kraft och effektiviteten vid energiskörd.
"Internationellt samarbete med lagkamrater från fyra universitet i USA, Australien och Indien möjliggjorde vårt första genombrott, sa Baughman. "Forskare från Dr Gordon Wallaces Intelligent Polymer Research Institute i Wollongong Australien har länge arbetat sida vid sida med oss för att lösa viktiga tekniska problem. Dr Baratunde Colas NanoEngineered Systems and Transport Lab vid Georgia Institute of Technology, gav en nyckel saknad länk. Vi kommer tillsammans att arbeta i framtiden för att realisera vår teknologis fulla kommersiella potential, vilket kräver ytterligare genombrott. Jag är särskilt stolt över att Stephanie Stoughton förtjänade sin plats som medförfattare när hon var en texansk gymnasieelev i vårt NanoExplorers-program."
Schema visar montering av den tunna termocellen lindad runt ett rör som bär kyla, rinnande vätska.
Stoughton, en före detta George A. Jeffrey NanoExplorer, är en sophomore som studerar materialvetenskap och teknik vid Cornell University.
"Mitt bidrag var nära projektets början, sa Stoughton. "Jag gjorde några av de tidiga testerna och hjälpte till att skapa buckypaper som används i nanorörselektroderna."
Stoughton tillskriver sin erfarenhet vid NanoTech Institute för att hon erbjöd henne tillgång till praktisk forskning redan i gymnasiet.
"UT Dallas och NanoTech Institute har gång på gång gett studenter unika möjligheter att delta i spetsforskning och arbeta med förstklassiga forskare, sa Stoughton. "Min generation kommer sannolikt att möta djupgående energiproblem, och jag är stolt över att vara en del av att uppnå hållbara lösningar nu i motsats till senare, när energifrågor sannolikt kommer att bli ännu mer problematiska.”
