نبض تکنولوژی

 

 

دستگاهی را تصور کنید که می تواند به سادگی با جذب گرما از هوای اطراف، بدون نیاز به گرادیان دما، الکتریسیته تولید کند. این دقیقا همان چیزی است که تیمی از محققان دانشگاه کیوشو در ژاپن به تازگی توسعه داده اند. این پیشرفت بزرگ راه را برای راه‌حل‌های جدید انرژی سبز با بهره‌برداری از یک منبع فراگیر اما تاکنون نادیده گرفته شده باز می‌کند: گرمای محیط    .

 

یک ژنراتور ترموالکتریک انقلابی

ژنراتورهای ترموالکتریک معمولی بر اساس یک اصل ساده فیزیک هستند: انرژی حرارتی از مناطق گرم به مناطق سرد منتقل می شود. در این دستگاه‌ها، الکترون‌ها از سطح گرم‌تر به سطح سردتر مهاجرت می‌کنند و در نتیجه جریان الکتریکی تولید می‌کنند. بنابراین، از نظر تئوری، ژنراتورهای ترموالکتریک، مواد و رنگ‌ها می‌توانند الکتریسیته را از اختلاف دمای کوچک در موتورها، نیروگاه‌ها یا حتی از گرمای بدن تولید کنند.

 

اما محققان ژاپنی با طراحی دستگاهی که قادر به کار در دمای اتاق و بدون هیچ گرادیان حرارتی بود، فراتر رفتند. راز آنها؟ پدیده ای به نام جداسازی بار . گرمای هوای اطراف باعث می‌شود که الکترون‌های منفی ماده و «سوراخ‌های» الکترون‌های مثبت از هم جدا شوند و در جهت مخالف حرکت کنند و جریان الکتریکی ایجاد کنند.

 

مواد آلی مانند یک راه پله روی هم چیده شده اند

مواد مورد استفاده ترکیبات آلی هستند که به راحتی می توانند الکترون ها را بین خود منتقل کنند. انواع مختلف این ترکیبات در لایه‌های نازکی مانند پله‌هایی روی راه پله قرار گرفته‌اند. گرما انرژی الکترون ها یا حفره ها را برای «پرش» به مرحله بعدی فراهم می کند.

 

پس از آزمایش‌های متعدد با ترکیب‌های مختلف ترکیبات، تیم دستگاهی را انتخاب کردند که شامل:

 

یک لایه 180 نانومتری از فتالوسیانین مس

هگزادکافلورو فتالوسیانین مس 320 نانومتری

فولرن 20 نانومتری

باتوکوپروئین 20 نانومتری

عملکرد امیدوار کننده با وجود قدرت کم

نتیجه نهایی ولتاژ مدار باز 384 میلی ولت، چگالی جریان اتصال کوتاه 1.1 μA/cm² و حداکثر توان 94 nW/cm² را نشان می‌دهد. اینها مطمئناً مقادیر بسیار کمی از الکتریسیته هستند، اما با توجه به اینکه آنها از گرمای محیط می آیند، این می تواند امکان ساخت ژنراتورهای ساده تری را فراهم کند.

 

ما می‌خواهیم کار روی این دستگاه جدید را ادامه دهیم و ببینیم که آیا می‌توانیم آن را با مواد مختلف بیشتر بهینه کنیم. ما احتمالاً حتی می توانیم با افزایش سطح دستگاه به چگالی جریان بالاتری دست یابیم که حتی برای مواد آلی نیز غیرمعمول است. این فقط نشان می دهد که مواد آلی پتانسیل شگفت انگیزی دارند.

 

- پروفسور چیهایا آداچی، نویسنده اصلی این مطالعه

برنامه های متعدد برای انرژی سبز فردا

این نوآوری دیدگاه های کاربردی متعددی را به ویژه در زمینه انرژی سبز و بازیابی انرژی باز می کند. می‌توانیم دستگاه‌های ترموالکتریک را تصور کنیم که در ساختمان‌ها، وسایل نقلیه یا حتی لباس‌ها ادغام شده‌اند و از گرمای موجود در محیط برای تولید برق پاک و تجدیدپذیر بهره می‌برند.

 

این ژنراتورها در ترکیب با سایر فناوری‌ها مانند پمپ‌های حرارتی، می‌توانند به کاهش وابستگی ما به سوخت‌های فسیلی و ردپای کربن کمک کنند. یک گام بزرگ به سمت آینده انرژی پایدارتر!