Nanotube termoceller holder løfte om at omdanne varmeaffald til energi

(PhysOrg.com) - En undersøgelse offentliggjort i American Chemical Society's journal Nano bogstaver afslører, at termoceller baseret på carbon nanorørelektroder i sidste ende kan blive brugt til at generere elektrisk energi fra varme, der kasseres af kemiske anlæg, biler og solcellefarme.

Forskningen var et fælles samarbejde mellem Baratunde Cola, adjunkt i George W. Woodruff School of Mechanical Engineering ved Georgia Tech, og et internationalt team af forskere fra USA, Australien, Kina, Indien og Filippinerne.

Cola, direktør for Georgia Techs NanoEngineered Systems and Transport Research Group (NEST), beskrev undersøgelsen som et gennembrud i effektivt at høste elektrisk energi fra forskellige kilder til udstødning eller spild af varme.

"Vores NEST Lab var så heldigt at samarbejde med Dr. Ray Baughmans NanoTech Institute ved UT Dallas og Dr. Gordon Wallace's Intelligent Polymer Research Institute i Wollongong, Australien, i det sidste år af et langt samarbejde, der løste vigtige tekniske problemer, " han sagde. ”Vi bragte friske øjne, såvel som vores viden og erfaring med varmeoverførselsteknik fra nanoskalaen til omfanget af praktiske enheder til problemet, som gav et nøgle mangler link. Teamet vil sammen arbejde for at muliggøre yderligere gennembrud, der er nødvendige for, at denne teknologi kan nå sit fulde kommercielle potentiale. "

Effektiv høst af den termiske energi, der i øjeblikket går til spilde i industrianlæg eller langs rørledninger, kan også skabe lokale kilder til ren energi, der igen kan bruges til at sænke omkostningerne og reducere en organisations energifodaftryk.

De nye termoceller bruger nanorørelektroder, der giver en tredobbelt stigning i energiomsætningseffektivitet i forhold til konventionelle elektroder.

En af de viste termoceller ligner de knapcellebatterier, der bruges i ure, lommeregnere og anden lille elektronik. En vigtig forskel, imidlertid, er, at disse nye termoceller kontinuerligt kan generere elektricitet, i stedet for at køre som et batteri. Undersøgelsen gav andre termoceller, såvel, herunder fyldt med elektrolyt, tekstilseparerede nanorørplader, der kan vikles rundt om rør, der bærer varme affaldsstrømme fra fremstillings- eller elværker. Temperaturforskellen mellem røret og dets omgivelser giver en elektrokemisk potentialeforskel mellem carbon nanorørpladerne, hvilke termoceller bruger til at generere elektricitet.

Forskergruppen vurderer, at multi-walled carbon nanorør i store termoceller i sidste ende kan producere strøm til en pris på omkring $ 2,76 pr. Watt fra frit tilgængelig spildenergi, sammenlignet med en pris på $ 4,31 pr. watt for solceller, som kun kan bruges, når solen skinner. I mindre skala, termoceller i knapcellestørrelse kunne bruges til at drive sensorer eller elektroniske kredsløb.

De nye termoceller drager fordel af den usædvanlige elektroniske, mekanisk, termiske og kemiske egenskaber ved kulnanorør. Nanorørernes gigantiske overfladeareal og unikke elektroniske struktur, som deres lille diameter og næsten endimensionelle struktur giver, giver høje strømtætheder, som forbedrer produktionen af ​​elektrisk strøm og effektiviteten af ​​energiindsamling.

"Georgiere har arbejdet med statsstøtte, og i partnerskab med initiativer som Strategic Energy Institute at Georgia Tech, at realisere betydelige gevinster i produktionen af ​​vedvarende energi, ”Sagde Cola. ”Men for at blive en førende energistat, vi skal i stigende grad undersøge nye måder at udvinde og udnytte alle former for energi på. Høst af spildvarme som elektricitet er en retning, som vores NEST Lab tager med internationale partnere for at hjælpe med at tilbyde øgede muligheder for vedvarende energi til Georgien og verden. "

Denne forskning blev sponsoreret af Office of Naval Research, National Science Foundation, Welch Foundation og Australian Research Council.

Cola modtog for nylig 2009 Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) Young Faculty Award for sit arbejde med konvertering af solenergi. Som direktør for NEST Lab, hans forskning fokuserer på at realisere fordelene ved nanovidenskab i applikationer relateret til høstning af spild termisk energi, konvertering af solenergi, og termisk styring af elektronik og energisystemer.