In een wereld waar het energieverbruik stijgt, onze enige hoop is de ontwikkeling van nieuwe technologieën voor energieopwekking. Hoewel momenteel gebruikte hernieuwbare energiebronnen zoals wind- en zonne-energie hun voordelen hebben, er is een gigantische, permanent, en onaangeboorde energiebron letterlijk onder onze neus:aardwarmte.

Voor het opwekken van elektriciteit uit aardwarmte zijn apparaten nodig die op de een of andere manier gebruik kunnen maken van de warmte in de aardkorst. Onlangs, een team van wetenschappers van Tokyo Tech, geleid door Dr. Sachiko Matsushita, grote vooruitgang hebben geboekt bij het begrijpen en ontwikkelen van gesensibiliseerde thermische cellen (STC's), een soort batterij die stroom kan opwekken bij 100 graden C of minder.

Er bestaan ​​verschillende methoden om warmte om te zetten in elektrische stroom, echter, hun grootschalige toepassing is niet haalbaar. Bijvoorbeeld, hot-and-cold redox-batterijen en apparaten op basis van het Seebeck-effect zijn niet mogelijk om ze gewoon in een warmtebron te begraven en te exploiteren.

Het team van Dr. Matsushita heeft eerder het gebruik van STC's gerapporteerd als een nieuwe methode om warmte direct om te zetten in elektrische stroom met behulp van kleurstofgevoelige zonnecellen. Ze hebben de kleurstof ook vervangen door een halfgeleider, zodat het systeem kan werken met warmte in plaats van licht. Figuur 1 geeft illustratief de STC weer, een batterij die bestaat uit drie lagen tussen elektroden:een elektronentransportlaag (ETM), een halfgeleiderlaag (germanium), en een vaste elektrolytlaag (koperionen). Kortom, elektronen gaan van een toestand met lage energie naar een toestand met hoge energie in de halfgeleider door thermisch te worden geëxciteerd en worden vervolgens op natuurlijke wijze overgebracht naar de ETM. Daarna, ze vertrekken via de elektrode, ga door een extern circuit, passeren de tegenelektrode, en bereik dan de elektrolyt. Oxidatie- en reductiereacties met koperionen vinden plaats aan beide grensvlakken van de elektrolyt, waardoor laagenergetische elektronen worden overgebracht naar de halfgeleiderlaag, zodat het proces opnieuw kan beginnen, waardoor een elektrisch circuit wordt voltooid.

Echter, het was op dat moment niet duidelijk of zo'n batterij als eeuwigdurende motor kon worden gebruikt of dat de stroom op een gegeven moment zou stoppen. Na het testen, het team merkte op dat elektriciteit inderdaad na een bepaalde tijd stopte met stromen en stelde een mechanisme voor om dit fenomeen te verklaren. In principe, stroom stopt omdat de redoxreacties aan de elektrolytlaag stoppen door de verplaatsing van de verschillende soorten koperionen. Het belangrijkste is, en ook verrassend, ze kwamen erachter dat de batterij deze situatie zelf kan herstellen in aanwezigheid van warmte door simpelweg het externe circuit enige tijd te openen; met andere woorden, door een eenvoudige schakelaar te gebruiken. "Met zo'n ontwerp warmte, doorgaans beschouwd als energie van lage kwaliteit, een geweldige bron van hernieuwbare energie zou worden, ", zegt Matsushita.

Het team is erg enthousiast over hun ontdekking vanwege de toepasbaarheid, milieuvriendelijkheid, en potentieel om de wereldwijde energiecrisis te helpen oplossen. "Er is geen angst voor straling, geen angst voor dure olie, geen instabiliteit van de energieopwekking zoals bij het vertrouwen op de zon of de wind, ", merkt Matsushita op. Verdere verfijningen van dit type batterij zullen het doel zijn van toekomstig onderzoek, met de hoop op een dag de energiebehoeften van de mensheid op te lossen zonder onze planeet te schaden.