Kunne varmen fra jordskorpen blive den ultimative energikilde?

I en verden, hvor energiforbruget stiger, vores eneste håb er udviklingen af ​​nye energigenereringsteknologier. Selvom aktuelt brugte vedvarende energikilder som vind- og solenergi har deres fordele, der er en gigantisk, permanent, og uudnyttet energikilde helt bogstaveligt under vores næse:geotermisk energi.

At generere elektricitet fra geotermisk energi kræver enheder, der på en eller anden måde kan gøre brug af varmen i jordskorpen. For nylig, et team af forskere ved Tokyo Tech, ledet af Dr. Sachiko Matsushita, har gjort store fremskridt i forståelsen og udviklingen af ​​sensibiliserede termiske celler (STC'er), en slags batteri, der kan generere elektrisk strøm ved 100 grader C eller derunder.

Der findes flere metoder til at omdanne varme til elektrisk energi, imidlertid, deres anvendelse i stor skala er ikke mulig. For eksempel, varme-og-kolde redox-batterier og enheder baseret på Seebeck-effekten er ikke muligt blot at begrave dem inde i en varmekilde og udnytte dem.

Dr. Matsushitas team har tidligere rapporteret brugen af ​​STC'er som en ny metode til at omdanne varme direkte til elektrisk strøm ved hjælp af farvestoffølsomme solceller. De erstattede også farvestoffet med en halvleder for at lade systemet fungere ved hjælp af varme i stedet for lys. Figur 1 repræsenterer illustrativt STC, et batteri, der består af tre lag, der er klemt mellem elektroder:et elektrontransportlag (ETM), et halvlederlag (germanium), og et fast elektrolytlag (kobberioner). Kort sagt, elektroner går fra en lavenergitilstand til en højenergitilstand i halvlederen ved at blive termisk exciterede og overføres derefter naturligt til ETM. Bagefter, de forlader gennem elektroden, gå gennem et eksternt kredsløb, passere gennem modelektroden, og nå elektrolytten. Oxidations- og reduktionsreaktioner, der involverer kobberioner, finder sted ved begge grænseflader af elektrolytten, hvilket resulterer i, at lavenergielektroner overføres til halvlederlaget, så processen kan begynde på ny, dermed fuldende et elektrisk kredsløb.

Imidlertid, det var ikke klart på det tidspunkt, om et sådant batteri kunne bruges som en evighedsmotor, eller om strømmen ville stoppe på et tidspunkt. Efter test, holdet observerede, at elektricitet faktisk holdt op med at flyde efter en vis tid og foreslog en mekanisme, der forklarer dette fænomen. I bund og grund, strømmen stopper, fordi redoxreaktionerne ved elektrolytlaget stopper på grund af flytning af de forskellige typer kobberioner. Mest vigtigt, og også overraskende, de fandt ud af, at batteriet selv kan vende denne situation tilbage i nærvær af varme ved blot at åbne det eksterne kredsløb i nogen tid; med andre ord, ved at bruge en simpel kontakt. "Med sådan et design, varme, normalt betragtet som energi af lav kvalitet, ville blive en stor vedvarende energikilde, " fastslår Matsushita.

Holdet er meget begejstret for deres opdagelse på grund af dets anvendelighed, øko-venlighed, og potentiale for at hjælpe med at løse den globale energikrise. "Der er ingen frygt for stråling, ingen frygt for dyr olie, ingen ustabilitet i elproduktionen, som når man stoler på solen eller vinden, " bemærker Matsushita. Yderligere forbedringer af denne type batteri vil være målet for fremtidig forskning, med håbet om en dag at løse menneskehedens energibehov uden at skade vores planet.