(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.

Het onderzoek was een samenwerking tussen Baratunde Cola, assistent-professor aan de George W. Woodruff School of Mechanical Engineering aan Georgia Tech, en een internationaal team van onderzoekers uit de VS, Australië, China, Indië en de Filippijnen.

cola, directeur van de NanoEngineered Systems and Transport Research Group (NEST) van Georgia Tech, beschreef de studie als een doorbraak in het efficiënt oogsten van elektrische energie uit verschillende bronnen van uitlaatgassen of verspilde warmte.

"Ons NEST Lab had het geluk om samen te werken met Dr. Ray Baughman's NanoTech Institute aan de UT Dallas en Dr. Gordon Wallace's Intelligent Polymer Research Institute in Wollongong, Australië, in het laatste jaar van een lange samenwerking die belangrijke technische problemen oploste, " hij zei. “We brachten frisse ogen, evenals onze kennis en ervaring met warmteoverdrachtstechniek van de nanoschaal tot de schaal van praktische apparaten tot het probleem, die een belangrijke ontbrekende schakel opleverde. Het team zal samenwerken om aanvullende doorbraken mogelijk te maken die nodig zijn om deze technologie haar volledige commerciële potentieel te laten bereiken."

Het efficiënt oogsten van de thermische energie die momenteel wordt verspild in industriële installaties of langs pijpleidingen, kan ook 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.

Het onderzoeksteam schat dat meerwandige koolstofnanobuisjes 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.

"Georgiërs hebben met staatssteun gewerkt, en in samenwerking met initiatieven zoals het Strategic Energy Institute van Georgia Tech, aanzienlijke winsten te realiseren in de productie van hernieuwbare energie, ’ zei Kola. “Maar om een ​​leidende energiestaat te worden, we moeten steeds meer nieuwe manieren onderzoeken om alle vormen van energie te winnen en te gebruiken. Het oogsten van restwarmte als elektriciteit is een richting die ons NEST Lab met internationale partners inslaat om Georgië en de wereld meer opties voor hernieuwbare energie te bieden."

Dit onderzoek werd gesponsord door het Office of Naval Research, de Nationale Wetenschapsstichting, De Welch Foundation en de Australian Research Council.

Cola ontving onlangs de 2009 Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) Young Faculty Award voor zijn werk aan de conversie van zonne-energie. Als directeur van het NEST Lab, zijn onderzoek richt zich op het realiseren van de voordelen van nanowetenschap in toepassingen die verband houden met het oogsten van thermische energie, zonne-energie conversie, en thermisch beheer van elektronica en energiesystemen.