Νέα οργανική θερμοηλεκτρική συσκευή μπορεί να συλλέξει ενέργεια σε θερμοκρασία δωματίου

Επιστήμονες στην Ιαπωνία ανέπτυξαν μια νέα οργανική συσκευή που μπορεί να συλλέγει ενέργεια από τη θερμότητα. Σε αντίθεση με άλλες θερμοηλεκτρικές γεννήτριες, αυτή λειτουργεί σε θερμοκρασία δωματίου χωρίς θερμοκρασιακή διαβάθμιση.

Οι θερμοηλεκτρικές συσκευές έχουν σχεδιαστεί για να αξιοποιούν έναν απλό νόμο της Φυσικής: η θερμική ενέργεια μετακινείται από τις θερμότερες περιοχές προς τις ψυχρότερες. Σε αυτές τις συσκευές, τα ηλεκτρόνια μετακινούνται από τη θερμότερη επιφάνεια προς την ψυχρότερη, γεγονός που οδηγεί στην παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος. Θεωρητικά, οι θερμοηλεκτρικές γεννήτριες, τα υλικά και οι χρωστικές θα μπορούσαν να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια από μικρές διαφορές θερμοκρασίας σε κινητήρες, σταθμούς παραγωγής ενέργειας, ακόμη και από τη θερμότητα του σώματος.

Συνήθως, όσο μεγαλύτερη είναι η διαβάθμιση της θερμοκρασίας, τόσο καλύτερη είναι η θερμοηλεκτρική γεννήτρια, αλλά τώρα επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο Kyushu στην Ιαπωνία βρήκαν έναν τρόπο να αξιοποιήσουν τη σχετικά χαμηλή ενέργεια που είναι διαθέσιμη από τη θερμοκρασία δωματίου, χωρίς καθόλου διαβάθμιση.

Αντ’ αυτού, η νέα συσκευή λειτουργεί με βάση μια αρχή που ονομάζεται διαχωρισμός φορτίου. Η θερμότητα από τον περιβάλλοντα αέρα προκαλεί τα αρνητικά ηλεκτρόνια και τις θετικές «οπές» ηλεκτρονίων στο υλικό να διαχωριστούν και να κινηθούν προς διαφορετικές κατευθύνσεις, δημιουργώντας ένα ηλεκτρικό ρεύμα.

Τα εν λόγω υλικά είναι οργανικές ενώσεις, οι οποίες μπορούν εύκολα να μεταβιβάζουν ηλεκτρόνια μεταξύ τους. Διαφορετικοί τύποι αυτών των ενώσεων στοιβάζονται σε λεπτά στρώματα σαν σκάλες και η θερμότητα δίνει στα ηλεκτρόνια ή τις οπές αρκετή ενέργεια για να πηδήξουν στο επόμενο «σκαλοπάτι».

Μετά από πολλές δοκιμές και λάθη με διαφορετικούς συνδυασμούς ενώσεων, η ομάδα κατέληξε σε μια συσκευή με ένα στρώμα 180 νανομέτρων φθαλοκυανίνης χαλκού, 320 nm εξαδεκαφθοροφθαλοκυανίνης χαλκού, 20 nm φουλερενίου και 20 nm μπαθοκουπρίνης.

Το τελικό αποτέλεσμα είχε τάση ανοιχτού κυκλώματος 384 millivolts, πυκνότητα ρεύματος βραχυκύκλωσης 1,1 μA/cm2 και μέγιστη ισχύ 94 nW/cm2. Αυτή είναι μια μικροσκοπική ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας, βέβαια, αλλά λαμβάνοντας υπόψη ότι προέρχεται από τη θερμοκρασία δωματίου, θα μπορούσε να δημιουργήσει απλούστερες γεννήτριες.

«Θα θέλαμε να συνεχίσουμε να εργαζόμαστε πάνω σε αυτή τη νέα συσκευή και να δούμε αν μπορούμε να τη βελτιστοποιήσουμε περαιτέρω με διαφορετικά υλικά», δήλωσε ο καθηγητής Chihaya Adachi, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης. «Μπορούμε μάλιστα πιθανότατα να επιτύχουμε μεγαλύτερη πυκνότητα ρεύματος αν αυξήσουμε την επιφάνεια της συσκευής, κάτι που είναι ασυνήθιστο ακόμη και για τα οργανικά υλικά. Αυτό δείχνει ότι τα οργανικά υλικά διαθέτουν εκπληκτικές δυνατότητες».

[via]