Træbaseret teknologi skaber elektricitet fra varme

Et team af forskere, der ledes af University of Maryland, har skabt en varme-til-elektricitetsenhed, der kører på ioner, og som en dag kan udnytte kroppens varme for at levere energi.

Anført af UMD -forskere Liangbing Hu, Robert Briber og Tian Li fra Institut for Materialevidenskab, og Siddhartha Das for maskinteknik, teamet omdannede et stykke træ til en fleksibel membran, der genererer energi fra den samme type elektrisk strøm (ioner), som menneskekroppen kører på. Denne energi genereres ved hjælp af ladede kanalvægge og andre unikke egenskaber ved træets naturlige nanostrukturer. Med denne nye træbaserede teknologi, de kan bruge en lille temperaturforskel til effektivt at generere ionisk spænding, som det fremgår af et papir, der blev offentliggjort den 25. marts i tidsskriftet Naturmaterialer .

Hvis du nogensinde har været udenfor under et lyn, du har set, at det er let at generere ladning mellem to meget forskellige temperaturer. Men for små temperaturforskelle, det er sværere. Imidlertid, teamet siger, at de med succes har tacklet denne udfordring. Hu sagde, at de nu har "demonstreret deres proof-of-concept-enhed, at høste lavvarig varme ved hjælp af nanoionisk opførsel af forarbejdede træ-nanostrukturer ".

Træer vokser kanaler, der flytter vand mellem rødderne og bladene. Disse består af fraktalt mindre kanaler, og på niveau med en enkelt celle, kanaler bare nanometer eller mindre på tværs. Teamet har udnyttet disse kanaler til at regulere ioner.

Forskerne brugte basswood, som er et hurtigt voksende træ med lav miljøpåvirkning. De behandlede træet og fjernede to komponenter - lignin, der gør træet brunt og tilføjer styrke, og hemicellulose, som snor sig omkring lagene af celler, der binder dem sammen. Dette giver den resterende cellulose sin signaturfleksibilitet. Denne proces omdanner også cellulosestrukturen fra type I til type II, som er en nøgle til forbedring af ionledningsevne.

En membran, lavet af en tynd skive træ, var omkranset af platinelektroder, med natriumbaseret elektrolyt infiltreret i cellulosen. De regulerer ionstrømmen inde i de små kanaler og genererer elektrisk signal. "De ladede kanalvægge kan etablere et elektrisk felt, der vises på nanofibrene og dermed hjælpe med effektivt at regulere ionbevægelser under en termisk gradient, "sagde Tian Li, første forfatter til papiret. .

Li - der blev navngivet som en af ​​Forbes "30 Under 30" i energi i 2018 - sagde, at natriumionerne i elektrolytten indsættes i de justerede kanaler, som er muliggjort ved krystalstrukturomdannelse af cellulose og ved dissociation af overfladefunktionelle grupper.

"Vi er de første til at vise, at denne type membran, med sine ekspansive arrays af justeret cellulose, kan bruges som en højtydende ion selektiv membran af nanofluidics og molekylær streaming og udvider i høj grad anvendelserne af bæredygtig cellulose til nanoionics, "sagde Li og opsummerede deres papir.