Een door de Universiteit van Maryland geleid team van onderzoekers heeft een warmte-naar-elektriciteitsapparaat gemaakt dat op ionen werkt en dat op een dag de lichaamswarmte kan benutten om energie te leveren.

Onder leiding van UMD-onderzoekers Liangbing Hu, Robert Briber en Tian Li van de afdeling materiaalkunde, en Siddhartha Das van werktuigbouwkunde, het team transformeerde een stuk hout in een flexibel membraan dat energie opwekt uit hetzelfde type elektrische stroom (ionen) waarop het menselijk lichaam draait. Deze energie wordt opgewekt met behulp van geladen kanaalwanden en andere unieke eigenschappen van de natuurlijke nanostructuren van het hout. Met deze nieuwe op hout gebaseerde technologie, ze kunnen een klein temperatuurverschil gebruiken om efficiënt ionische spanning te genereren, zoals aangetoond in een paper gepubliceerd op 25 maart in het tijdschrift Natuurmaterialen .

Als je ooit buiten bent geweest tijdens een onweersbui, je hebt gezien dat het eenvoudig is om lading te genereren tussen twee heel verschillende temperaturen. Maar voor kleine temperatuurverschillen, het is moeilijker. Echter, het team zegt deze uitdaging met succes aan te gaan. Hu zei dat ze nu "hun proof-of-concept-apparaat hebben gedemonstreerd, om laagwaardige warmte te oogsten met behulp van nano-ionisch gedrag van verwerkte houten nanostructuren".

Bomen groeien kanalen die water tussen de wortels en de bladeren verplaatsen. Deze bestaan ​​uit fractaal kleinere kanalen, en op het niveau van een enkele cel, kanalen van slechts nanometers of minder breed. Het team heeft deze kanalen gebruikt om ionen te reguleren.

De onderzoekers gebruikten lindehout, dat is een snelgroeiende boom met een lage impact op het milieu. Ze behandelden het hout en verwijderden twee componenten:lignine, dat maakt het hout bruin en geeft stevigheid, en hemicellulose, die zich om de cellagen wikkelt die ze aan elkaar binden. Dit geeft de resterende cellulose zijn kenmerkende flexibiliteit. Dit proces zet ook de structuur van de cellulose om van type I naar type II, wat een sleutel is tot het verbeteren van de ionengeleiding.

een membraan, gemaakt van een dun plakje hout, werd begrensd door platina-elektroden, met op natrium gebaseerde elektrolyt geïnfiltreerd in de cellulose. Ze reguleren de ionenstroom in de kleine kanaaltjes en genereren een elektrisch signaal. "De geladen kanaalwanden kunnen een elektrisch veld tot stand brengen dat op de nanovezels verschijnt en zo de ionenbeweging effectief helpen reguleren onder een thermische gradiënt, " zei Tian Li, eerste auteur van het artikel. .

Li - die in 2018 werd genoemd als een van Forbes "30 Under 30" in Energy - zei dat de natriumionen in de elektrolyt in de uitgelijnde kanalen terechtkomen, wat mogelijk wordt gemaakt door de kristalstructuurconversie van cellulose en door dissociatie van de functionele oppervlaktegroepen.

“Wij zijn de eersten die laten zien dat dit type membraan, met zijn uitgebreide reeksen uitgelijnde cellulose, kan worden gebruikt als een hoogwaardig ionenselectief membraan door nanofluidics en moleculaire streaming en breidt de toepassingen van duurzame cellulose in nanoionics aanzienlijk uit, ' zei Li terwijl ze hun krant samenvat.