Czy to będzie rewolucja w pozyskiwaniu energii? Wszystko wskazuje na to, że tak. Kilka dni temu jako pierwsi w Polsce donosiliśmy o Bloom Boxie, małej domowej elektrowni, która może być przełomem w dostarczaniu energii do naszych mieszkań, teraz mamy kolejną rewolucję. Tym razem naukowcy mają pomysł na zasilanie mikroskopijnych urządzeń, tak małych, że można je wstrzyknąć do organizmu człowieka lub rozwiać, jak pyłki w powietrzu.
Michel Strano, profesor inżynierii chemicznej MIT, wraz z doktorantem Wonjoon Choi w ostatnim Nature Materials opisują zjawisko fal termoelektrycznych, które wytwarzają się w nanorurkach węglowych. - Odkrycie otwiera zupełnie nowe pola w badaniach nad energią, a to jest niezwykle rzadkie – mówi Strano.
Działanie nano-bateryjki można porównać do fal na oceanie, które przesuwają po powierzchni wody wszystko, co ludzie wyrzucają ze statków. W nanoruce węglowej fala cieplna przesuwając się przez jej długość porywa elektrony ze sobą wytwarzając prąd elektryczny.
Naukowcy badali przewodzące elektryczność i ciepło węglowe nanorurki pokrywając je warstwą paliwa, które spalając się wytwarzało ciepło. Paliwo było zapalane promieniem lasera lub iskrą o wysokim napięciu. W rezultacie spalania paliwa wytwarzała się fala cieplna, która poruszała się wzdłuż nanorurki, jak płomień podążający lontem. Ciepło ze spalanego paliwa dostawało się do wnętrza nanorurki i podróżowało tysiące razy szybciej niż spalające się paliwo. Pędzące nanorurką ciepło zapalało paliwo, którym pokryta była rurka i w ten sposób wytwarzała się fala. Temperatura w nanorurkach osiągała 3000 Kelwinów, a prędkość rozchodzenia się fali była 10 tysięcy razy większa niż zwykłą prędkość reakcji spalania. Okazało się, że pędząca fala „porywała” ze sobą elektrony. W ten sposób generowany był prąd elektryczny.
Fale cieplne, takie jak ta podróżujące wzdłuż przewodów, są badane od ponad 100 lat, jednak inżynierom z MIT udało się przewidzieć i pokazać, że cieplne fale mogą podróżować nanorurkami i nanodrutami i że może ona wywoływać elektryczność w tych przewodach.
Zaskakujące było także to, że nano-bateryjka dawała 100 razy więcej energii niż dawałaby odpowiadająca jej wagą zwykła bateria litowo-jonowa.
Wiele półprzewodników po podgrzaniu wytwarza elektryczność dzięki tak zwanemu efektowi Seebecka. Jednak w przypadku węgla jest on niezwykle słaby.
- Tu musi zachodzić coś zupełnie innego. My nazywamy to porywaniem elektronów – mówi Strano. Fala cieplna tak, jak oceaniczna zabiera ze sobą elektrony znalezione po drodze. Dzięki temu sprawność reakcji jest tak duża.
Trudno na razie przewidzieć, gdzie znajdą zastosowanie nano-bateryjki, gdyż odkrycie jest bardzo nowe. Ponieważ jednak nanorurki mają mikroskopijne rozmiary, rzędu miliardowych części metra wydaje się, że będą służyły do zasilania malutkich urządzeń. Mogą to być ultra małe czujniki, czy maszyny, które będą wstrzykiwane do organizmu człowieka po by tam naprawiać uszkodzone organy.
Efekt Seebecka
polega na tym, że w obwodzie składającym się z dwóch różnych metali powstaje prąd elektryczny, jeśli złącza tych obwodów mają różne temperatury.
Kolejną niezwykle istotną zaletą nano-bateryjek jest ich w zasadzie nieograniczona żywotność. Zwykłe baterie nawet nie używane po jakimś czasie tracą pojemność. Te mogą leżeć dowolnie długo. Wydaje się także, że nanorurkowe ogniwa będzie można ze sobą łączyć, tak by zasilały większe urządzenia.
Badacze z MIT planują także zwiększyć jeszcze efektywność nano-bateryjek. W tej chwili znaczna część energii jest tracona na ciepło i światło, a można by ją wykorzystać do „porywania” elektronów. Natomiast zastosowanie innych chemikaliów jako paliwa może zmienić oscylację fali i doprowadzić do wytwarzania prądu zmiennego, co byłoby bardzo korzystne w urządzeniach generujących fale radiowe, na przykład telefonach komórkowych. Współczesne baterie i akumulatory wytwarzają bowiem wyłącznie prąd stały.
Ray Baughman dyrektor Instytutu Nanotechnologicznego University of Texas nazwał odkrycie kolegów z MIT „gwiezdnym”. – praca, którą zapewne część środowiska uważała za szaleńczą zakończyła się odkryciem nieznanego zjawiska, które może przynieść niezwykłe nowe badania i zastosowania.
Andrzej Szozda
źr. MIT, physorg.com
