(PhysOrg.com) -- Een studie gepubliceerd in het tijdschrift van de American Chemical Society Nano-letters onthult dat thermocellen op basis van koolstof nanobuis-elektroden uiteindelijk kunnen worden gebruikt voor het genereren van elektrische energie uit warmte die wordt weggegooid door chemische fabrieken, auto's en zonnecelboerderijen. Dr. Ray Baughman, directeur van het Alan G. MacDiarmid NanoTech Institute, werkte samen met een internationaal team van onderzoekers aan de bevindingen.

Het efficiënt oogsten van de thermische energie die momenteel wordt verspild in industriële installaties of langs pijpleidingen, kan lokale bronnen van schone energie creëren die op hun beurt kunnen worden gebruikt om de kosten te verlagen en de energievoetafdruk van een organisatie te verkleinen.

De nieuwe thermocellen maken gebruik van nanobuis-elektroden die zorgen voor een drievoudige verhoging van de energieconversie-efficiëntie ten opzichte van conventionele elektroden.

Een van de gedemonstreerde thermocellen lijkt precies op de knoopcelbatterijen die in horloges worden gebruikt, rekenmachines en andere kleine elektronica. Een belangrijk verschil, echter, is dat deze nieuwe thermocellen continu elektriciteit kunnen opwekken, in plaats van leeg te lopen als een batterij. Het onderzoek leverde andere thermocellen op, ook, inclusief elektrolyt gevuld, van textiel gescheiden nanobuisjes die om pijpen kunnen worden gewikkeld die hete afvalstromen van productie- of elektriciteitscentrales vervoeren. Het temperatuurverschil tussen de pijp en zijn omgeving veroorzaakt een elektrochemisch potentiaalverschil tussen de koolstof nanobuisjes, die thermocellen gebruiken om elektriciteit op te wekken.

Dr. Ray Baughman, de Robert A. Welch Chair in Chemistry en directeur van het Alan G. MacDiarmid NanoTech Institute, samengewerkt met een internationaal team van onderzoekers uit de VS, Australië, China, Indië en de Filippijnen.

“We zijn al lang de energiestaat, omdat Texas olie en gas in de grond heeft en de Texanen sleuteltechnologieën hebben uitgevonden om ze naar de oppervlakte te brengen, ' zei Baughman. "Maar, het in de toekomst zijn van de Energiestaat moet in toenemende mate ook het ontdekken van nieuwe middelen omvatten voor het winnen van alle vormen van energie. Het oogsten van thermische afvalenergie is slechts één richting die ons NanoTech Institute samen met ons internationale team heeft ingeslagen om Texas en de wereld een energierijke toekomst te bieden.”

Het onderzoeksteam schat dat meerwandige koolstofnanobuizen in grote thermocellen uiteindelijk energie kunnen produceren tegen een kostprijs van ongeveer $ 2,76 per watt uit vrij beschikbare afvalenergie, vergeleken met een kostprijs van $ 4,31 per watt voor zonnecellen, die alleen gebruikt kan worden als de zon schijnt. Op kleinere schaal, thermocellen ter grootte van een knoopcel kunnen worden gebruikt om sensoren of elektronische circuits van stroom te voorzien.

De nieuwe thermocellen profiteren van de uitzonderlijke elektronische, mechanisch, thermische en chemische eigenschappen van koolstofnanobuizen. Het gigantische oppervlak en de unieke elektronische structuur van de nanobuisjes dankzij hun kleine diameter en bijna eendimensionale structuur bieden hoge stroomdichtheden, die de output van elektrisch vermogen en de efficiëntie van het oogsten van energie verbeteren.

“Internationale samenwerking met teamgenoten van vier universiteiten in de Verenigde Staten, Australië en India hebben onze eerste doorbraak mogelijk gemaakt, ' zei Baughman. “Onderzoekers van het Intelligent Polymer Research Institute van Dr. Gordon Wallace in Wollongong, Australië, hebben lange tijd zij aan zij met ons samengewerkt om belangrijke technologische problemen op te lossen. Dr. Baratunde Cola's NanoEngineered Systems and Transport Lab aan het Georgia Institute of Technology, voorzien van een ontbrekende sleutel. We zullen in de toekomst samenwerken om het volledige commerciële potentieel van onze technologie te realiseren, waarvoor verdere doorbraken nodig zijn. Ik ben vooral trots dat Stephanie Stoughton haar plaats als co-auteur verdiende toen ze een Texaanse middelbare scholier was in ons NanoExplorers-programma.”

Stoughton, een voormalige George A. Jeffrey NanoExplorer, is een tweedejaarsstudent materiaalwetenschappen en techniek aan de Cornell University.

“Mijn bijdrage was in de buurt van het begin van het project, ' zei Stoughton. "Ik heb een aantal van de vroege tests gedaan en heb geholpen bij het maken van het buckypaper dat in de nanobuis-elektroden wordt gebruikt."

Stoughton dankt haar ervaring bij het NanoTech Institute omdat ze haar al op de middelbare school toegang heeft gegeven tot praktisch onderzoek.

“UT Dallas en het NanoTech Institute hebben studenten keer op keer unieke kansen gegeven om deel te nemen aan baanbrekend onderzoek en om samen te werken met topwetenschappers, ' zei Stoughton. “Mijn generatie is een generatie die waarschijnlijk te maken krijgt met diepgaande energieproblemen, en ik ben er trots op deel uit te maken van het bereiken van duurzame oplossingen nu in plaats van later, wanneer energieproblemen waarschijnlijk nog problematischer zullen zijn.”