Er is een op grafeen gebaseerd elektrisch nano-apparaat gemaakt dat de energie-efficiëntie van auto's die op fossiele brandstoffen rijden aanzienlijk kan verhogen.

Het nano-apparaat, bekend als een 'ballistische gelijkrichter', is in staat om warmte die anders zou worden verspild aan de uitlaatgassen van de auto en het motorlichaam om te zetten in een bruikbare elektrische stroom.

Delen van uitlaatgassen van auto's kunnen temperaturen van 600 graden Celsius bereiken. De teruggewonnen energie kan vervolgens worden gebruikt om extra autofuncties aan te drijven, zoals airconditioning en stuurbekrachtiging, of worden opgeslagen in de auto-accu.

De nano-gelijkrichter is gebouwd door een team van de Universiteit van Manchester onder leiding van professor Aimin Song en Dr. Ernie Hill, met een team aan de Shandong University. Het apparaat maakt gebruik van de fenomenaal hoge elektronenmobiliteit van grafeen, een eigenschap die bepaalt hoe snel een elektron in een materiaal kan reizen en hoe snel elektronische apparaten kunnen werken.

Het resulterende apparaat is de meest gevoelige gelijkrichter op kamertemperatuur ooit gemaakt. Conventionele apparaten met vergelijkbare conversie-efficiëntie vereisen cryogeen lage temperaturen.

Zelfs de meest efficiënte verbrandingsmotoren van vandaag kunnen slechts ongeveer 70% van de energie die wordt verbrand uit fossiele brandstoffen omzetten in de energie die nodig is om een ​​auto aan te drijven. De rest van de opgewekte energie wordt vaak verspild door uitlaatgassen of koelsystemen.

Greg Auton, die het grootste deel van het experiment uitvoerde, zei:"Grafeen heeft uitzonderlijke eigenschappen; het bezit het langste gemiddelde vrije pad van alle elektronische materialen bij kamertemperatuur.

"Ondanks dit, zelfs de meest veelbelovende toepassingen om grafeen te commercialiseren in de elektronica-industrie maken geen gebruik van deze eigenschap. In plaats daarvan proberen ze vaak het probleem aan te pakken dat grafeen geen band gap heeft."

Professor Song, die het concept van de ballistische gelijkrichter uitvond, zei:"Het werkingsprincipe van de ballistische gelijkrichter betekent dat er geen bandgap nodig is. Ondertussen, het heeft een enkellaagse vlakke apparaatstructuur die perfect is om het voordeel van de hoge elektronenmobiliteit te benutten om een ​​extreem hoge werksnelheid te bereiken.

"In tegenstelling tot conventionele gelijkrichters of diodes, de ballistische gelijkrichter heeft ook geen drempelspanning, waardoor het perfect is voor het oogsten van energie en voor microgolf- en infrarooddetectie".

Grafeen was 's werelds eerste tweedimensionale materiaal, geïsoleerd in 2004 aan de Universiteit van Manchester, sindsdien is er een hele familie van andere 2D-materialen ontdekt.

Het voordeel van een op grafeen gebaseerde nano-gelijkrichter is de hoge conversie-efficiëntie van een wisselstroom naar een gelijkstroom bij kamertemperatuur, mogelijk gemaakt door de extreem hoge elektronenmobiliteit die in dit werk is bereikt.

De in Manchester gevestigde groep wil het onderzoek nu opschalen door grafeen ter grootte van een wafeltje te gebruiken en hoogfrequente experimenten uit te voeren. De resulterende technologie kan ook worden toegepast voor het oogsten van verspilde warmte-energie in elektriciteitscentrales.