Omdanner varme til elektricitet med blyant og papir

Termoelektriske materialer kan bruge termiske forskelle til at generere elektricitet. Nu er der en billig og miljøvenlig måde at producere dem med de enkleste værktøjer:en blyant, fotokopi papir, og ledende maling. Disse er tilstrækkelige til at konvertere en temperaturforskel til elektricitet via den termoelektriske effekt, som nu er blevet demonstreret af et team på Helmholtz-Zentrum Berlin.

Den termoelektriske effekt blev opdaget for næsten 200 år siden af ​​Thomas J. Seebeck. Hvis to metaller med forskellige temperaturer bringes sammen, de kan udvikle en elektrisk spænding. Denne effekt gør det muligt at omdanne restvarme delvist til elektrisk energi. Restvarme er et biprodukt af næsten alle teknologiske og naturlige processer, såsom i kraftværker og husholdningsapparater, for ikke at tale om menneskekroppen. Det er også en af ​​de mest underudnyttede energikilder i verden.

Lille effekt

Imidlertid, lige så nyttig en effekt som den er, den er ekstremt lille i almindelige metaller. Dette skyldes, at metaller ikke kun har høj elektrisk ledningsevne, men også høj varmeledningsevne, så forskelle i temperatur forsvinder med det samme. Termoelektriske materialer skal have lav varmeledningsevne på trods af deres høje elektriske ledningsevne. Termoelektriske anordninger fremstillet af uorganiske halvledermaterialer såsom vismut tellurid bruges allerede i dag i visse teknologiske applikationer. Imidlertid, sådanne materialesystemer er dyre, og deres anvendelse kan kun betale sig i visse situationer. Forskere undersøger, om de er fleksible, ikke -toksiske organiske materialer baseret på kulstofnanostrukturer, for eksempel, kan også bruges i menneskekroppen.

Teamet ledet af prof. Norbert Nickel ved HZB har nu vist, at effekten kan opnås meget mere enkelt-ved hjælp af en normal blyant i HB-kvalitet, de dækkede et lille område med blyant på almindeligt fotokopipapir. Som et andet materiale, de anvendte en gennemsigtig, ledende co-polymer maling (PEDOT:PSS) til overfladen.

Blyantsporene på papiret leverede en spænding, der kan sammenlignes med andre langt dyrere nanokompositter, der i øjeblikket bruges til fleksible termoelektriske elementer. Og denne spænding kan øges ti gange ved at tilføje indiumselenid til grafitten fra blyanten.

Forskerne undersøgte grafit- og co-polymer-belægningsfilm ved hjælp af et scanningselektronmikroskop og Raman-spredning ved HZB. "Resultaterne var også meget overraskende for os, "siger Nickel." Men vi har nu fundet en forklaring på, hvorfor dette fungerer så godt - blyantaflejringen på papiret danner en overflade præget af uordnede grafitflager, lidt grafen, og ler. Selvom dette kun reducerer den elektriske ledningsevne lidt, varme transporteres meget mindre effektivt. "

Disse enkle bestanddele kan muligvis i fremtiden bruges til at udskrive ekstremt billige, miljøvenligt, og ikke-toksiske termoelektriske komponenter på papir. Sådanne små og fleksible komponenter kunne også bruges direkte på kroppen og kunne bruge kropsvarme til at betjene små enheder eller sensorer.