(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.
La recherche était une collaboration entre Baratunde Cola, professeur adjoint à la George W. Woodruff School of Mechanical Engineering de Georgia Tech, et une équipe internationale de chercheurs des États-Unis, Australie, Chine, Inde et Philippines.
Cola, directeur du NanoEngineered Systems and Transport Research Group (NEST) de Georgia Tech, ont décrit l'étude comme une percée dans la récupération efficace de l'énergie électrique à partir de diverses sources d'échappement ou de chaleur perdue.
"Notre laboratoire NEST a eu la chance de faire équipe avec le NanoTech Institute du Dr Ray Baughman à l'UT Dallas et l'Intelligent Polymer Research Institute du Dr Gordon Wallace à Wollongong, Australie, dans la dernière année d'une longue collaboration qui a résolu des problèmes techniques clés, " il a dit. "Nous avons apporté des yeux neufs, ainsi que nos connaissances et notre expérience de l'ingénierie du transfert de chaleur de l'échelle nanométrique à l'échelle des dispositifs pratiques au problème, qui a fourni un chaînon manquant clé. L'équipe travaillera ensemble pour permettre des percées supplémentaires qui sont nécessaires pour que cette technologie atteigne son plein potentiel commercial."
Récupérer efficacement l'énergie thermique actuellement gaspillée dans les installations industrielles ou le long des pipelines pourrait également 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 provenant de centrales électriques ou de fabrication. 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.
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.
"Les Géorgiens ont travaillé avec le soutien de l'État, et en partenariat avec des initiatives telles que le Strategic Energy Institute de Georgia Tech, réaliser des gains significatifs dans la production d'énergie renouvelable, ", a déclaré Cola. « Mais pour devenir un État énergétique de premier plan, nous devons de plus en plus explorer de nouvelles façons d'extraire et d'utiliser toutes les formes d'énergie. La récupération de la chaleur résiduelle sous forme d'électricité est une direction que notre laboratoire NEST prend avec des partenaires internationaux pour aider à fournir des options d'énergie renouvelable accrues pour la Géorgie et le monde."
Cette recherche a été parrainée par l'Office of Naval Research, la Fondation nationale des sciences, La Welch Foundation et l'Australian Research Council.
Cola a récemment reçu le prix Young Faculty 2009 de la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) pour ses travaux sur la conversion de l'énergie solaire. En tant que directeur du NEST Lab, ses recherches portent sur la réalisation des avantages de la nanoscience dans les applications liées à la récupération d'énergie thermique des déchets, conversion d'énergie solaire, et la gestion thermique des systèmes électroniques et énergétiques.
