Thermo-elektrische materialen, in staat om warmte om te zetten in elektriciteit, veelbelovend zijn voor het omzetten van restwarmte in elektrische energie, omdat ze nauwelijks bruikbare of bijna verloren thermische energie op een efficiënte manier omzetten.

Onderzoekers van het Institute of Materials Science van Barcelona (ICMAB-CSIC) hebben een nieuw concept van thermo-elektrisch materiaal ontwikkeld, gepubliceerd in het tijdschrift Energie en milieuwetenschappen . Het is een apparaat dat is samengesteld uit cellulose, in situ in het laboratorium geproduceerd door bacteriën, met kleine hoeveelheden geleidend nanomateriaal, koolstof nanobuisjes, met een duurzame en milieuvriendelijke strategie.

"In plaats van een materiaal voor energie te maken, we cultiveren het", legt Mariano Campoy-Quiles uit, een onderzoeker van dit onderzoek. "Bacteriën, gedispergeerd in een waterig kweekmedium dat suiker en koolstofnanobuisjes bevat, de nanocellulosevezels produceren die uiteindelijk het apparaat vormen, waarin de koolstofnanobuisjes zijn ingebed", vervolgt Campoy-Quiles.

"We verkrijgen een mechanisch resistente, flexibel en vervormbaar materiaal, dankzij de cellulosevezels, en met een hoge elektrische geleidbaarheid, dankzij de koolstof nanobuisjes, " legt Anna Laromaine uit, onderzoeker van dit onderzoek. "Het is de bedoeling om het concept circulaire economie te benaderen, gebruik van duurzame materialen die niet giftig zijn voor het milieu, die in kleine hoeveelheden worden gebruikt, en die kunnen worden gerecycled en hergebruikt, " legt Anna Roig uit, onderzoeker van dit onderzoek, "Het apparaat is gemaakt van duurzame en recyclebare materialen, en met een hoge toegevoegde waarde, " zij voegt toe.

Roig zegt, "Dit materiaal heeft een hogere thermische stabiliteit in vergelijking met andere thermo-elektrische materialen op basis van synthetische polymeren, waardoor het temperaturen van 250 °C kan bereiken. In aanvulling, het apparaat gebruikt geen giftige elementen, en de cellulose kan gemakkelijk worden gerecycled, omdat het kan worden afgebroken door een enzymatisch proces dat het omzet in glucose, terwijl de koolstofnanobuisjes worden teruggewonnen, die het duurste onderdeel van het apparaat zijn." de dikte, kleur en transparantie van het materiaal kan worden gecontroleerd.

Campoy-Quiles legt uit dat er gekozen is voor koolstofnanobuisjes vanwege hun afmetingen:"Dankzij hun diameter op nanoschaal en hun geringe lengte, koolstof nanobuisjes toestaan, met zeer kleine hoeveelheden van zelfs 1 procent, het verkrijgen van elektrische percolatie, d.w.z. een continu pad waar de elektrische ladingen door het materiaal kunnen reizen, waardoor cellulose geleidend is. Aanvullend, het gebruik van zo'n kleine hoeveelheid nanobuisjes (tot maximaal 10%), met behoud van de algehele efficiëntie van een materiaal dat 100 procent bevat, maakt het proces zeer zuinig en energiezuinig."

Roig zegt, "Anderzijds, de afmetingen van koolstof nanobuisjes zijn vergelijkbaar met die van cellulose nanovezels, wat resulteert in een homogene dispersie. In aanvulling, de opname van deze nanomaterialen heeft een positieve invloed op de mechanische eigenschappen van cellulose, waardoor het nog meer vervormbaar is, uitbreidbaar en resistent."

Deze apparaten kunnen worden gebruikt om elektriciteit op te wekken uit restwarmte om sensoren in IoT-toepassingen en landbouw te voeden. "In de nabije toekomst, ze kunnen worden gebruikt als draagbare apparaten, in medische of sportieve toepassingen, bijvoorbeeld. En als de efficiëntie verder werd geoptimaliseerd, dit materiaal zou kunnen leiden tot intelligente thermische isolatoren of tot hybride fotovoltaïsche-thermo-elektrische energieopwekkingssystemen, ", legt Campoy-Quiles uit.

Roig zegt, "Door de hoge flexibiliteit van de cellulose en de schaalbaarheid van het proces, deze apparaten kunnen worden gebruikt in toepassingen waar de restwarmtebron ongebruikelijke vormen of uitgestrekte gebieden heeft, omdat ze volledig bedekt kunnen zijn met dit materiaal."

Omdat bacteriële cellulose gemakkelijk wordt geproduceerd, de technologie zou de eerste stap kunnen zijn naar een nieuw energieparadigma waarin gebruikers hun eigen elektrische generatoren kunnen maken.