Учени от MIT откриха нов начин за генериране на електричество

Инженерите от Масачузетския технологичен институт (MIT) откриха нов начин за генериране на електричество, използвайки малки въглеродни частици. Принципът на създаване на ток се базира единствено на взаимодействието с течността, която ги заобикаля. А тя представлява органичен разтворител, който извлича електрони от частиците, генерирайки по този начин ток. Електричеството може да се използва за задвижване на химични реакции или за захранване на микро- или нанороботи, казват изследователите.

„Този механизъм е за генериране на енергия е напълно нов“, казва Майкъл Страно, професор по химическо инженерство в MIT от Carbon P. Dubbs.

Тази технология е интригуваща, защото всичко, което трябва да направите, е да прекарате разтворител през слой от въпросните частици. Това Ви позволява да правите електрохимия, но без жици.“

В ново проучване, описващо този феномен, изследователите показаха, че могат да използват този електрически ток, за да предизвикат реакция, известна като окисляване на алкохол – органична химическа реакция, която се използва широко в химическата индустрия.

Уникални свойства

Новото откритие е резултат от изследванията на Страно върху въглеродни нанотръби – кухи тръби, изработени от решетка от въглеродни атоми с уникални електрически свойства. През 2010 г. той за първи път демонстрира, че въглеродните нанотръби могат да генерират „термоелектрически вълни“. Когато въглеродната нанотръба е покрита със слой гориво, движещи се импулси на топлина или термоелектрически вълни се движат по тръбата, създавайки електрически ток.

Тази работа провокира Страно и неговите ученици да продължат с търсенията и в крайна сметка да достигнат до свързана характеристика. Те открили, че когато част от нанотръбата е покрита с тефлоноподобен полимер, тя създава асиметрия, която прави възможно електроните да текат от покритата към непокритата част на тръбата, генерирайки електрически ток. Тези електрони могат да бъдат изтеглени чрез потапяне на частиците в разтворител.

За да се възползват от тази специфика, изследователите създали частици, генериращи електричество, чрез смилане на въглеродни нанотръби и оформянето им в лист хартиен материал. Когато тези частици са потопени в органичен разтворител като ацетонитрил, разтворителят се придържа към непокритата повърхност на частиците и започва да извлича електрони от тях. „Разтворителят отнема електроните, а системата се опитва да поддържа равновесие чрез движението им“, казва Страно.

„Вътре няма сложната химия на батерията. Това е само частица, която поставяте в разтворител и тя започва да генерира електрическо поле."

Мощност на частиците

Текущата версия на частиците може да генерира около 0.7 волта електричество на частица. В рамките на експеримента изследователите също демонстрираха, че могат да образуват масиви от стотици частици в малка епруветка. Този реактор генерира достатъчно енергия за задействане т.н. алкохолно окисление, при което алкохолът се превръща в алдехид или кетон. Обикновено тази реакция не се извършва с помощта на електрохимия, тъй като ще изисква твърде много външен ток.

Частиците могат да бъдат много малки и не се нуждаят от външни проводници, за да задвижат електрохимичната реакция.“

В бъдеще Страно се надява да използва този вид производство на енергия за изграждане на полимери, използващи само въглероден диоксид като изходен материал. В свързан проект той вече е създал полимери, които могат да се регенерират, използвайки въглероден диоксид като строителен материал, в процес, задвижван от слънчева енергия. Експериментът е вдъхновен от въглеродната фиксация, набор от химични реакции, които растенията използват за изграждане на захари от въглероден диоксид, използвайки енергия от слънцето.

В дългосрочен план този подход може да се използва и за захранване на микро- или наномащабни роботи. Лабораторията на Страно вече е започнала да изгражда роботи в такъв мащаб, които един ден биха могли да се използват като диагностични или екологични сензори.