تولید برق با ذرات ریز کربن آسان می‌شود

به گزارش گروه فناوری خبرگزاری دانشجو، مهندسان موسسه فناوری ماساچوست (MIT) با استفاده از ذرات ریز کربن راهی جدید برای تولید برق ارائه کردند که می‌توان با برهم‌کنش با مایعات اطراف آن‌ها جریان برق ایجاد کرد.

محققان می‌گویند، این مایع که یک حلال آلی است، الکترون‌ها را از ذرات بیرون می‌کشد و جریانی را ایجاد می‌کند که قادر است برای هدایت واکنش‌های شیمیایی یا تأمین انرژی ربات‌های در مقیاس نانو یا میکرو مورد استفاده قرار گیرد.

مایکل استرانو، استاد مهندسی شیمی در MIT می‌گوید: «این یک ساز و کار جدید بوده و این روش تولید انرژی کاملاً نو است. این فناوری جذاب است، زیرا تمام کاری که شما باید انجام دهید این است که حلالی را از طریق یک بستر از این ذرات عبور دهید. این به شما امکان می‌دهد بدون سیم و با الکتروشیمی برق تولید کنید.»

در یک مطالعه جدید در توصیف این پدیده، محققان نشان دادند که می‌توانند از این جریان الکتریکی برای هدایت واکنشی به نام اکسیداسیون الکل، یک واکنش شیمیایی آلی که در صنایع شیمیایی مهم است، استفاده کنند.

نتایج این پروژه در نشریه Nature Communications توسط آلبرت تیانشیانگ لیو و یوئیچیرو کونای، آنتون کوتریل، امیر کاپلان، هیونا کیم، جی ژانگ، رافید ملاح و یانیک ایتمون منتشر شده‌ است.

در سال ۲۰۱۰، استرانو برای اولین بار نشان داد که نانولوله‌های کربنی می‌توانند امواج گرمایی تولید کنند. هنگامی که یک نانولوله کربنی با لایه‌ای از سوخت پوشانده شود، پالس‌های حرارتی یا امواج حرارتی که در حال حرکت هستند، در امتداد لوله حرکت و جریان الکتریکی ایجاد می‌کنند.

این کار باعث شد تا استرانو و دانشجویانش یکی از ویژگی‌های مرتبط با نانولوله‌های کربنی را کشف کنند. آن‌ها دریافتند که وقتی بخشی از یک نانولوله با یک پلیمر تفلونی مانند پوشانده می‌شود، عدم تقارن ایجاد می‌کند که امکان جریان یافتن الکترون از بخش پوشش به قسمت بدون پوشش لوله را فراهم می‌کند و جریان الکتریکی تولید می‌شود.

"این فناوری جذاب است، زیرا تمام کاری که شما باید انجام دهید این است که حلالی را از طریق یک بستر از این ذرات عبور دهید"این الکترون‌ها را می‌توان با غوطه‌ور شدن ذرات در یک حلال که گرسنه الکترون است، بیرون کشید.

محققان برای مهار این قابلیت ویژه، با خرد کردن نانولوله‌های کربنی و تبدیل آن‌ها به یک صفحه، ذرات مولد برق تولید کردند. آن‌ها یک طرف هر ورق را با یک پلیمر تفلون مانند پوشانده بودند و سپس ذرات کوچک قطعه قطعه کرده و آن‌ها را که می‌توانند به هر شکل و اندازه‌ای باشند، خرد کردند. برای این مطالعه، آن‌ها ذراتی ساختند که ۲۵۰ میکرون در ۲۵۰ میکرون بودند.

وقتی این ذرات در یک حلال آلی مانند استونیتریل غوطه‌ور می‌شوند، حلال به سطح بدون پوشش ذرات می‌چسبد و شروع به بیرون کشیدن الکترون از آن‌ها می‌کند.

استرانو می‌گوید: «این حلال الکترون‌ها را می‌گیرد و سیستم با حرکت دادن الکترون‌ها سعی در تعادل خواهد داشت. هیچ شیمی پیچیده باتری در داخل این ساختار وجود ندارد. این فقط یک ذره است و شما آن را درون حلال قرار می‌دهید و شروع به تولید یک میدان الکتریکی می‌کند.»

نسخه فعلی ذرات می‌تواند حدود ۰٫۷ ولت برق در هر ذره تولید کند.

در این مطالعه محققان همچنین نشان دادند که آن‌ها می‌توانند آرایه‌هایی از صد‌ها ذره را در یک لوله آزمایش کوچک تشکیل دهند. این راکتور بسته‌بندی شده انرژی کافی برای تأمین انرژی شیمیایی به نام اکسیداسیون الکل تولید می‌کند که در آن الکل به آلدئید یا کتون تبدیل می‌شود. معمولاً این واکنش با استفاده از الکتروشیمی انجام نمی‌شود، زیرا به جریان خارجی بیش از حد نیاز دارد.