Hong Kongi Polütehnilise Ülikooli teadlased leiutasid väidetavalt uut tüüpi grafeenipõhise ,,patarei”, mis töötab puhtalt ümbritseva soojuse toimel. Nimelt püüab seade lahuses olevate ioonide soojuslikku energiat ning muundab selle elektriks. Antud uurimuse tulemused on hetkel küll veel retsenseerimisel, kuid kinnituse korral saaks sellist seadet kasutada terves hulgas rakendustes alates kunstorganite energiaga varustamisest kehasoojuse abil kuni taastuva energia tootmise ja elektroonikaseadmete töös hoidmiseni.
Antud diagrammil on näidatud teadlaste loodud patarei lihtne skeem. Pilt: Zihan Xu
Veelahuses olevad ioonid liiguvad toatemperatuuril ja -rõhul kiirusega sadu meetreid sekundis. Seetõttu võib nende ioonide soojuslik energia ulatuda mitme kilodžaulini kilogrammi kraadi kohta. Siiani on aga selle energia rakendamise ning muundamise kohta tehtud vähe uurimusi, kirjutab Physicsworld.com.
Antud patarei valmistati grafeenile kinnitatud hõbe- ja kuldelektroodidest. Oma eksperimentides näitasid teadlased, et kui asetada kuus sellist seadet jadamisi vaskkloriidi ioonidega lahusesse, siis saadi tulemuseks enam kui 2 V pinge. See number on aga piisav, et varustada tavalist LED-i.
Uurimuses kasutatud tehnoloogia on tavapärastest liitium-ioon patareidest küllaltki erinev. ,,Meie seadme väljundpinge on pidev ning seade ise töötab ainuüksi ümbritseva lahuse vaskkloriidi ioonide abil – see energiaallikas on teoreetiliselt lõputu,” sõnas uurimust juhtinud Zihan Xu.
Teadlaste andmetel töötab nende patarei sarnaselt päikesepatareile. Vase ioonid (Cu2+) põrkuvad pidevalt patarei grafeenribaga. See põrge on piisavalt energiline, et muuta grafeenis oleva elektroni asukohta. Seejärel võib see elektron kas kombineeruda vaseiooniga või liikuda läbi grafeenriba otse vooluringi. Kuna elektronid saavad läbi grafeeni ülimalt kiiresti liikuda (seda tänu faktile, et need käituvad ilma seisumassita relativistlike osakestena), siis liikuvad need läbi süsinikupõhise materjali palju kiiremini kui lahuse. Loomulikult eelistab vabastatud elektron liikuda läbi grafeeni kui lahuse. See ongi antud seadme tööpõhimõte.
Lisaks leidsid uurijad, et seadme poolt antavat väljundpinget saab suurendada, kui ioonilist lahust soojendada ning Cu2+ ioone ultraheli abil kiirendada. Mõlemad meetodid töötavad tänu sellele, et need suurendavad ioonide kineetilist energiat. Väljundpinge kasvab ka siis, kui vaskkloriidi lahuses on rohkem Cu2+ ioone, sest siis on grafeeni pinnal oleva Cu2+ tihedus suurem. Antud seadme tööle panemiseks võib kasutada ka teisi katioonilisi lahuseid, nende seas Na+, K+, Co2+ ja Ni2+, kuid nende abil saadav väljundpinge on madalam.
Seadme töötamisel on grafeeni aatomkihi unikaalne loomus üks põhilisi tegureid. Seadme valmistamisel proovisid teadlased ka grafiiti ning süsiniknanotorudest valmistatud õhukesi kilesid. Leiti, et nende materjalide abil saadav väljundpinge jäi mikrovoltide piirkonda, mistõttu võis seda pigem lihtsalt müraks nimetada.
Daytonis asuva Nanotek Instrumets’i teadlane Bor Jang sõnus, et antud idee tundub väga paljulubav, kuid et teha kindlaks, kas selline lähenemine annaks praktiliste rakenduste jaoks piisavalt energiat ning võimsustihedust, tuleb seda veel uurida.
Teadusartikkel: “Self-Charged Graphene Battery Harvests Electricity from Thermal Energy of the Environment“
Leave a Reply