Батареи, электрические устройства от компьютеров и смартфонов до автомобилей с электрическим приводом часто делаются из токсичных материалов, таких как литий. Тем не менее, исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) разработали новую систему для выработки электроэнергии, которая использует тепло вместо токсичных материалов или металлов.

В этой покадровой серии фотографий, расположенной сверху вниз, покрытие из сахарозы (обычного сахара) по проводам из углеродных нанотрубок горит от одного конца к другому. При нагреве проволоки вместе с ним перемещаются электроны, превращая тепло в электричество.

 

Эта новая методика основана на открытии 2010 года Майкла Страно (Michael Strano), профессора MIT, и его сотрудников. Они показали, что проволока из крошечных цилиндров углерода или углеродных нанотрубок может генерировать электричество, когда она медленно нагревается, начиная с одного конца до другого. Нагрев достигается за счет использования горючих материалов для покрытия проволоки, и поджигают один конец проволоки таким образом, чтобы он горел, как плавкий предохранитель.

Тогда это было неизвестным явлением и в лабораторных условиях эксперимента получили лишь небольшой электрический ток. Эффективность процесса была увеличена более чем 1000 раз, так что новое устройство может давать столько же энергии, как и лучшие существующие на сегодняшний день батареи. Однако, по мнению исследователей, коммерциализация продукта займет еще несколько лет.

Работа команды была сосредоточена на повышении эффективности процесса, а также развития теории о физике процесса. Согласно полученным данным имеется хорошее совпадение теоретических и экспериментальных результатов.

Эффект является результатом теплового импульса, который толкает электроны через углеродные нанотрубки, подобно группе серферов на волне.

Важным открытием, подтвержденным теоретически, является то, что в некоторых случаях тепловая волна генерирует одно напряжение, а в других два различные места с напряжением одновременно. "Наша математическая модель может описать, почему это происходит," - говорит Страно. Согласно теории команды тепловая волна "разделяется на два разных компонента, которые в некоторых случаях дополняют друг друга, а в других случаях противостоят друг другу".

Команда сообщает, что коэффициент полезного действия устройства составляет более 1 процента для преобразования тепла в электричество.

В то время как литий легко воспламеняется на открытом воздухе, топливо нового устройства является более безопасным. Ранее эксперименты включали использование потенциально взрывчатых материалов для генерации теплового импульса для проведения реакции, новое исследование использует достаточно безопасное топливо: сахароза (сахар), хотя другие продукты сгорания могут генерировать даже более высокую эффективность. В отличие от других технологий, являющихся специфическими для определенного химического состава, новая система с использованием углеродных нанотрубок работает при высокой температуре, таким образом, при нахождении лучших источников тепла, они легко встраиваются в систему для улучшения её характеристик.

Устройство показало, что дает достаточно энергии для питания электронных устройств, таких как мощный светодиодный свет. По сравнению с батареями, которые могут постепенно разряжаться в течение длительного периода хранения, новая система имеет потенциально бесконечный срок хранения. Таким образом, он подходит для использования в космосе для путешествий к далеким планетам.

Новая система является масштабируемой и может быть использована в современных небольших носимых устройствах.

Источник: http://news.mit.edu/2016/mit-develops-nontoxic-way-generating-portable-power

 

Энергетика и промышленность России - информационный портал           Научный журнал “Видеонаука          Наука и технологии России − STRF.ru

Другие партнёры сайта