Inżynierowie z MIT odkryli nowy sposób wytwarzania energii elektrycznej za pomocą maleńkich cząstek węgla, które mogą wytwarzać prąd poprzez interakcję z otaczającą je cieczą.
Ciecz – organiczny rozpuszczalnik, wyciąga elektrony z cząstek, generując prąd, który można wykorzystać do napędzania reakcji chemicznych lub do zasilania robotów w mikro- lub nanoskali.
„Ten mechanizm jest nowy, a sposób wytwarzania energii jest jeszcze nowszy”, powiedział Michael Strano, profesor inżynierii chemicznej Carbon P. Dubbs na MIT. „Ta nowa technologia jest intrygująca, ponieważ wszystko, co musisz zrobić, to przepuścić rozpuszczalnik przez złoże tych cząstek. Pozwala to na wykonywanie elektrochemii, ale bez przewodów”.
W nowym badaniu opisującym to zjawisko naukowcy wykazali, że mogą wykorzystać ten prąd elektryczny do wywołania reakcji znanej jako utlenianie alkoholu — organicznej reakcji chemicznej, która jest ważna w przemyśle chemicznym.
W 2010 roku Strano po raz pierwszy zademonstrował, że nanorurki węglowe mogą generować „fale energii cieplnej”. Gdy nanorurka węglowa jest pokryta warstwą paliwa, poruszające się impulsy ciepła lub fale mocy termoelektrycznej przemieszczają się wzdłuż rurki, wytwarzając prąd elektryczny.
Ta praca doprowadziła Strano i jego uczniów do odkrycia powiązanej cechy nanorurek węglowych. Odkryli, że gdy część nanorurki jest pokryta polimerem podobnym do teflonu, powstaje asymetria, która umożliwia przepływ elektronów z powlekanej do niepowlekanej części rury, generując prąd elektryczny. Elektrony te można wyciągnąć, zanurzając cząstki w rozpuszczalniku, który jest głodny elektronów. Aby wykorzystać tę specjalną zdolność, naukowcy stworzyli cząstki generujące elektryczność, rozdrabniając nanorurki węglowe i formując je w arkusz materiału przypominającego papier. Jedna strona każdego arkusza została pokryta polimerem podobnym do teflonu, a następnie naukowcy wycięli małe cząstki, które mogą mieć dowolny kształt i rozmiar. Gdy te cząstki są zanurzone w rozpuszczalniku organicznym, takim jak acetonitryl, rozpuszczalnik przylega do niepowlekanej powierzchni cząstek i zaczyna wyciągać z nich elektrony.
„Rozpuszczalnik zabiera elektrony, a system próbuje się zrównoważyć, poruszając elektronami”, mówi Strano. „W środku nie ma wyrafinowanej chemii baterii. To tylko cząsteczka, którą wkładasz do rozpuszczalnika i zaczyna generować pole elektryczne”.
Jun Yao, adiunkt inżynierii elektrycznej i komputerowej na Uniwersytecie Massachusetts w Amherst, powiedział, że „badania te pokazują, jak wydobyć wszechobecną (i często niezauważoną) energię elektryczną zmagazynowaną w materiale elektronicznym do syntezy elektrochemicznej na miejscu”.
W przyszłości ten rodzaj wytwarzania energii można również wykorzystać do zasilania robotów w mikro- lub nanoskali. Laboratorium Strano rozpoczęło już budowę robotów na taką skalę, które pewnego dnia mogą zostać wykorzystane jako czujniki diagnostyczne lub środowiskowe. „To, co nam się podoba w tym mechanizmie, to to, że możesz pobierać energię, przynajmniej częściowo, ze środowiska”, dodał profesor Strano.
Badania zostały sfinansowane przez Departament Energii USA oraz grant z inicjatywy MIT Energy Initiative.
