Jedno z najbardziej niezwykłych źródeł energii elektrycznej, wykorzystujące zadziwiające właściwości węglowych nanorurek opracował międzynarodowy zespół naukowców, m.in. z uniwersytetów w Dallas w Teksasie i Hanyang w Korei Płd.
Nanorurki i ich zastosowanie
Nanorurki to jedna z wielkocząsteczkowych struktur, w jakie można ułożyć atomy węgla. Przypominają puste w środku cylindry, o średnicy 10 000 razy mniejszej od ludzkiego włosa. Ściany nanorurek stanowi grafen – jedna z odmian alotropowych węgla. Najpowszechniejszą odmianą jest grafit, inne to diament, sferyczne fullereny różnej wielkości i wreszcie grafen, w której atomy węgla ułożone są w płaską strukturę, składającą się z regularnych sześciokątów. Ściana nanorurki to właśnie „zwinięty” w rurkę grafen.
Naukowcy opracowali nanorurkową przędzę, która zanurzona w elektrolicie oraz mechanicznie rozciągana lub skręcana generuje przy każdym odkształceniu energię, którą można zebrać (stąd nazwa „harvester” – kombajn) w postaci prądu elektrycznego. Przędza odkształcana 30 razy na sekundę może dostarczać mocy rzędu 250 W na kilogram. W trakcie eksperymentów przędza o masie mniejszej od muchy była w stanie dostarczyć za każdym rozciągnięciem energię, wystarczającą do zaświecenia się diody LED.
„Wytwarzamy większe ilości energii niż jakiekolwiek inne, wcześniejsze kombajny” – ocenił szef zespołu badawczego z Dallas Ray Baughman. Jak dodał, żadne z badanych w ostatnich dekadach alternatywnych źródeł energii nie zapewniało tak wysokiej mocy i energii. „Zaledwie 31 mg nanorurkowej maszyny może dostarczyć energię elektryczną, wystarczającą do radiowej transmisji dwukilobajtowego pakietu danych w promieniu 100 m co 10 sekund”[1] – podkreślił Baughman. Na razie nanorurkowy kombajn jest oczywiście koszmarnie drogi, ale jego właściwości otwierają drogę do uzyskiwania energii elektrycznej z mechanicznej, np. z falowania morza. Taki eksperyment już przeprowadzono, używając 10 cm odcinka przędzy.
Mechanizm działania
Sam mechanizm wytwarzania energii zawdzięczamy niezwykłym właściwościom nanorurek. Przędze są superkondensatorami, które zanurzone w elektrolicie nie potrzebują zewnętrznego pola elektrycznego by się naładować. Ładunki z elektrolitu same gromadzą się na nanorurce[2]. Kiedy ta zostanie skręcona lub rozciągnięta, zmniejsza swoją objętość, zbliżając ładunki do siebie. Zwiększa to ich energię, którą postaci prądu można z włókna odebrać, czy też zebrać, jak plony w czasie źniw. Potem cały cykl się powtarza.
[1] https://www.energydigital.com/power-generation/scientists-develop-innovative-new-way-harvesting-energy-natural-sources
[2] https://www.techbriefs.com/component/content/article/tb/techbriefs/energy/28731
