Une équipe de chercheurs dirigée par l'Université du Maryland a créé un dispositif de conversion de chaleur en électricité qui fonctionne avec des ions et qui pourrait un jour exploiter la chaleur du corps pour fournir de l'énergie.

Dirigé par les chercheurs de l'UMD Liangbing Hu, Robert Briber et Tian Li du département de science des matériaux, et Siddhartha Das du génie mécanique, l'équipe a transformé un morceau de bois en une membrane flexible qui génère de l'énergie à partir du même type de courant électrique (ions) que le corps humain. Cette énergie est générée à l'aide de parois de canaux chargées et d'autres propriétés uniques des nanostructures naturelles du bois. Avec cette nouvelle technologie à base de bois, ils peuvent utiliser un petit différentiel de température pour générer efficacement une tension ionique, comme démontré dans un article publié le 25 mars dans la revue Matériaux naturels .

Si vous êtes déjà sorti pendant un orage, vous avez vu qu'il est facile de générer une charge entre deux températures très différentes. Mais pour les petites différences de température, Il est plus difficile. Cependant, l'équipe affirme avoir relevé ce défi avec succès. Hu a déclaré qu'ils ont maintenant "démontré leur dispositif de preuve de concept, pour récolter de la chaleur de faible qualité en utilisant le comportement nano-ionique des nanostructures de bois transformées".

Les arbres forment des canaux qui déplacent l'eau entre les racines et les feuilles. Ceux-ci sont constitués de canaux fractalement plus petits, et au niveau d'une seule cellule, canaux de quelques nanomètres ou moins. L'équipe a exploité ces canaux pour réguler les ions.

Les chercheurs ont utilisé du tilleul, qui est un arbre à croissance rapide et à faible impact environnemental. Ils ont traité le bois et retiré deux composants :la lignine, qui fait brunir le bois et ajoute de la force, et hémicellulose, qui s'enroule autour des couches de cellules les liant entre elles. Cela donne à la cellulose restante sa flexibilité caractéristique. Ce processus convertit également la structure de la cellulose du type I au type II, ce qui est essentiel pour améliorer la conductivité ionique.

Une membrane, fait d'une fine tranche de bois, était bordé d'électrodes de platine, avec électrolyte à base de sodium infiltré dans la cellulose. Ils régulent le flux d'ions à l'intérieur des minuscules canaux et génèrent un signal électrique. "Les parois des canaux chargés peuvent établir un champ électrique qui apparaît sur les nanofibres et ainsi aider à réguler efficacement le mouvement des ions sous un gradient thermique, " dit Tian Li, premier auteur de l'article. .

Li—qui a été nommé comme l'un des "30 Under 30" de Forbes dans Energy en 2018—a déclaré que les ions sodium dans l'électrolyte s'insèrent dans les canaux alignés, ce qui est rendu possible par la conversion de la structure cristalline de la cellulose et par la dissociation des fonctions de surface.

"Nous sommes les premiers à montrer que, ce type de membrane, avec ses vastes réseaux de cellulose alignée, peut être utilisé comme membrane sélective d'ions haute performance par nanofluidique et flux moléculaire et étend considérablement les applications de la cellulose durable dans les nano-ioniques, ", a déclaré Li en résumant leur article.