Une vue au microscope électronique montre le nanotube de carbone à parois multiples « buckypaper » utilisé dans les nouvelles thermocellules.
(PhysOrg.com) -- Une étude publiée dans le journal de l'American Chemical Society Lettres nano révèle que les thermocellules à base d'électrodes en nanotubes de carbone pourraient éventuellement être utilisées pour générer de l'énergie électrique à partir de la chaleur rejetée par les usines chimiques, les automobiles et les fermes de cellules solaires. Dr Ray Baughman, directeur de l'Institut Alan G. MacDiarmid NanoTech, collaboré avec une équipe internationale de chercheurs sur les résultats.
Récupérer efficacement l'énergie thermique actuellement gaspillée dans les installations industrielles ou le long des pipelines pourrait créer des sources locales d'énergie propre qui pourraient à leur tour être utilisées pour réduire les coûts et réduire l'empreinte énergétique d'une organisation.
Les nouvelles thermocellules utilisent des électrodes à nanotubes qui multiplient par trois l'efficacité de conversion d'énergie par rapport aux électrodes conventionnelles.
L'une des thermocellules présentées ressemble aux piles boutons utilisées dans les montres, calculatrices et autres petits appareils électroniques. Une différence clé, cependant, est que ces nouvelles thermocellules peuvent produire de l'électricité en continu, au lieu de s'épuiser comme une batterie. La recherche a mis au point d'autres thermocellules, également, y compris rempli d'électrolyte, des feuilles de nanotubes séparées par des textiles qui peuvent être enroulées autour de tuyaux transportant des flux de déchets chauds de fabrication ou de centrales électriques. La différence de température entre le tuyau et son environnement produit une différence de potentiel électrochimique entre les feuilles de nanotubes de carbone, que les thermocellules utilisent pour produire de l'électricité.
Dr Ray Baughman, la chaire Robert A. Welch en chimie et directeur du Alan G. MacDiarmid NanoTech Institute, collaboré avec une équipe internationale de chercheurs des États-Unis, Australie, Chine, Inde et Philippines.
« Nous avons longtemps été l'État de l'énergie, parce que le Texas a du pétrole et du gaz dans le sol et que les Texans ont inventé des technologies clés pour les faire remonter à la surface, ", a déclaré Baughman. "Mais, être l'État de l'énergie à l'avenir doit de plus en plus inclure la découverte de nouveaux moyens d'extraire toutes les formes d'énergie. La récupération de l'énergie thermique des déchets n'est qu'une des directions que notre NanoTech Institute a prises avec notre équipe internationale pour aider à fournir un avenir énergétique pour le Texas et le monde.
Une thermocellule est enroulée autour d'un tuyau en acier inoxydable pour générer de l'énergie électrique.
L'équipe de recherche estime que les nanotubes de carbone à parois multiples dans de grandes thermocellules pourraient éventuellement produire de l'électricité à un coût d'environ 2,76 $ par watt à partir d'énergie résiduelle disponible gratuitement, contre un coût de 4,31 $ par watt pour les cellules solaires, qui ne peut être utilisé que lorsque le soleil brille. A plus petite échelle, des thermocellules de la taille d'une pile bouton pourraient être utilisées pour alimenter des capteurs ou des circuits électroniques.
Les nouvelles thermocellules profitent de l'électronique exceptionnelle, mécanique, propriétés thermiques et chimiques des nanotubes de carbone. La surface géante des nanotubes et la structure électronique unique offerte par leur petit diamètre et leur structure presque unidimensionnelle offrent des densités de courant élevées, qui améliorent la production d'énergie électrique et l'efficacité de la récupération d'énergie.
« Collaboration internationale avec des coéquipiers de quatre universités aux États-Unis, L'Australie et l'Inde ont permis notre percée initiale, ", a déclaré Baughman. « Les chercheurs de l'Institut de recherche sur les polymères intelligents du Dr Gordon Wallace à Wollongong en Australie ont longtemps travaillé côte à côte avec nous pour résoudre des problèmes technologiques clés. Le laboratoire NanoEngineered Systems and Transport du Dr Baratunde Cola au Georgia Institute of Technology, fourni un chaînon manquant clé. Nous travaillerons ensemble à l'avenir pour réaliser le plein potentiel commercial de notre technologie, ce qui nécessite de nouvelles percées. Je suis particulièrement fier que Stephanie Stoughton ait obtenu sa place en tant que co-auteur alors qu'elle était lycéenne texane dans notre programme NanoExplorers.
Les schémas montrent l'assemblage de la thermocellule mince enroulée autour d'un tuyau transportant du froid, liquide qui coule.
Stoughton, un ancien George A. Jeffrey NanoExplorer, est un étudiant en deuxième année étudiant la science et l'ingénierie des matériaux à l'Université Cornell.
« Ma contribution était proche du début du projet, », a déclaré Stoughton. "J'ai fait quelques-uns des premiers tests et j'ai aidé à créer le papier bucky utilisé dans les électrodes à nanotubes."
Stoughton attribue son expérience au NanoTech Institute pour lui avoir offert un accès à la recherche pratique dès le lycée.
« L'UT Dallas et le NanoTech Institute ont à maintes reprises donné aux étudiants des opportunités uniques de participer à des recherches de pointe et de travailler avec des scientifiques de premier plan, », a déclaré Stoughton. « Ma génération est susceptible de faire face à de profonds problèmes énergétiques, et je suis fier de faire partie de la réalisation de solutions durables maintenant plutôt que plus tard, quand les questions énergétiques sont susceptibles d'être encore plus problématiques.
