Una vista da un microscopio elettronico mostra il nanotubo di carbonio a parete multipla "buckypaper" utilizzato nelle nuove termocelle.
(PhysOrg.com) -- Uno studio pubblicato sulla rivista dell'American Chemical Society Nano lettere rivela che le termocelle basate su elettrodi di nanotubi di carbonio potrebbero eventualmente essere utilizzate per generare energia elettrica dal calore disperso dagli impianti chimici, automobili e fattorie di celle solari. Dottor Ray Baughman, direttore dell'Alan G. MacDiarmid NanoTech Institute, ha collaborato con un team internazionale di ricercatori sui risultati.
La raccolta efficiente dell'energia termica attualmente sprecata negli impianti industriali o lungo le condutture potrebbe creare fonti locali di energia pulita che a loro volta potrebbero essere utilizzate per ridurre i costi e ridurre l'impronta energetica di un'organizzazione.
Le nuove termocelle utilizzano elettrodi a nanotubi che forniscono un triplice aumento dell'efficienza di conversione dell'energia rispetto agli elettrodi convenzionali.
Una delle termocelle dimostrate assomiglia alle batterie a bottone utilizzate negli orologi, calcolatrici e altri piccoli dispositivi elettronici. Una differenza fondamentale, però, è che queste nuove termocelle possono generare continuamente elettricità, invece di scaricarsi come una batteria. La ricerca ha messo in rete altre termocelle, anche, compreso l'elettrolito, fogli di nanotubi separati da tessuto che possono essere avvolti attorno a tubi che trasportano flussi di rifiuti caldi di produzione o centrali elettriche. La differenza di temperatura tra il tubo e l'ambiente circostante produce una differenza di potenziale elettrochimico tra i fogli di nanotubi di carbonio, che le termocelle utilizzano per generare elettricità.
Dottor Ray Baughman, la Robert A. Welch Chair in Chemistry e direttore dell'Alan G. MacDiarmid NanoTech Institute, ha collaborato con un team internazionale di ricercatori statunitensi, Australia, Cina, India e Filippine.
“Siamo stati a lungo lo Stato Energetico, perché il Texas ha petrolio e gas nel sottosuolo e i texani hanno inventato tecnologie chiave per portarli in superficie, ” ha detto Baughman. "Ma, essere lo Stato Energetico del futuro deve includere sempre più la scoperta di nuovi mezzi per estrarre tutte le forme di energia. La raccolta dell'energia termica di scarto è solo una delle direzioni che il nostro NanoTech Institute ha preso con il nostro team internazionale per contribuire a fornire un futuro energetico per il Texas e il mondo”.
Una termocella è avvolta attorno a un tubo in acciaio inossidabile per generare energia elettrica.
Il team di ricerca stima che i nanotubi di carbonio a parete multipla in grandi termocelle potrebbero alla fine produrre energia a un costo di circa $ 2,76 per watt da energia di scarto liberamente disponibile, rispetto a un costo di $ 4,31 per watt per le celle solari, che può essere utilizzato solo quando splende il sole. Su scala minore, le termocelle delle dimensioni di una cella a bottone potrebbero essere utilizzate per alimentare sensori o circuiti elettronici.
Le nuove termocelle sfruttano l'eccezionale elettronica, meccanico, proprietà termiche e chimiche dei nanotubi di carbonio. La gigantesca superficie dei nanotubi e la struttura elettronica unica offerta dal loro diametro ridotto e dalla struttura quasi unidimensionale offrono elevate densità di corrente, che migliorano la produzione di energia elettrica e l'efficienza della raccolta di energia.
“La collaborazione internazionale con i compagni di squadra di quattro università degli Stati Uniti, L'Australia e l'India hanno permesso la nostra svolta iniziale, ” ha detto Baughman. “I ricercatori dell'Intelligent Polymer Research Institute del Dr. Gordon Wallace a Wollongong in Australia hanno lavorato a lungo fianco a fianco con noi per risolvere i principali problemi tecnologici. NanoEngineered Systems and Transport Lab del Dr. Baratunde Cola presso il Georgia Institute of Technology, fornito un collegamento chiave mancante. Lavoreremo insieme in futuro per realizzare il pieno potenziale commerciale della nostra tecnologia, che richiede ulteriori scoperte. Sono particolarmente orgoglioso del fatto che Stephanie Stoughton si sia guadagnata il suo posto come co-autrice mentre era studentessa delle superiori texane nel nostro programma NanoExplorers".
Gli schemi mostrano l'assemblaggio della sottile termocella avvolta attorno a un tubo che trasporta freddo, liquido che scorre.
Stoughton, un ex George A. Jeffrey NanoExplorer, è uno studente del secondo anno che studia scienze e ingegneria dei materiali alla Cornell University.
“Il mio contributo è stato vicino all'inizio del progetto, Stoughton ha detto. "Ho fatto alcuni dei primi test e ho contribuito a creare la carta bucky utilizzata negli elettrodi dei nanotubi".
Stoughton attribuisce la sua esperienza al NanoTech Institute per averle offerto l'accesso alla ricerca pratica già al liceo.
“UT Dallas e il NanoTech Institute hanno ripetutamente offerto agli studenti opportunità uniche di partecipare a ricerche all'avanguardia e lavorare con scienziati di prim'ordine, "Ha detto Stoughton. “La mia generazione è quella che probabilmente dovrà affrontare profondi problemi energetici, e sono orgoglioso di far parte del raggiungimento di soluzioni sostenibili ora anziché in seguito, quando le questioni energetiche rischiano di essere ancora più problematiche”.
