Naukowcy z Uniwersytetu Arkansas stworzyli układ, który potrafi z ruchów cieplnych grafenu generować energię elektryczną. Zbudowany na jego bazie generator energii ma szansę działać tak długo, jak długo całość będzie wystawiona na działanie normalnej temperatury – tak przynajmniej wynika z opracowanej trzy lata temu teorii.
Grafenowy generator energii. Może nie dla samochodów, ale do mikrosensorów – owszem. W przyszłości
Grafen to „płachta” atomów węgla połączonych ze sobą pojedynczymi i podwójnymi wiązaniami. Atomy ustawione są w sześciokątach i tworzą płaską strukturę o grubości jednego atomu, co nadaje grafenowi szereg zaskakujących właściwości. Jedną z nich są ruchy cieplne wywołujące na grafenowej płachcie zmarszczki i deformacje.
Grafen pod transmisyjnym mikroskopem elektronowym TEAM 0.5 stworzonym przez zespół na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley. Żółte wierzchołki to atomy węgla, czarne dziury to wnętrza sześciokątów. Jeśli masz wrażenie, że czerń to wierzchołki skierowane w lewo, to odczekaj kilka sekund, spróbuj podążyć wzrokiem za żółtym pasem atomów węgla aż do prawej krawędzi lub wczytaj zdjęcie do edytora graficznego i obróć je szybko o 90-180 stopni. W IrfanView dokonasz tego wciskając przycisk R (c) NCEM, University of California, Berkeley
Naukowcy z Uniwersytetu Arkansas opublikowali trzy lata temu teorię, z której wynikało, że zmiany kształtu powierzchni grafenu można wykorzystać do generowania energii. Przeczyło to wyliczeniom Richarda Feynmanna, ale okazało się, że grafen znajdujący się w temperaturze pokojowej naprawdę jest w stanie wytworzyć prąd przemienny.
Odkształcający się powoli grafen indukował prąd przemienny o niskiej częstotliwości, a zaprojektowany przez naukowców układ przekształcał go w pulsujący prąd stały (DC) i dodatkowo wzmacniał (źródło). To o tyle istotne, że elektronika pracuje wydajniej przy niższej częstotliwości.
Chyba najbardziej nieintuicyjne jest to, że zastosowany w układzie rezystor nie rozgrzewał się podczas pracy. Jako że energia pochodziła z przekształcenia ruchów cieplnych na energię elektryczną, równowaga została zachowana. Gdyby energii elektrycznej zabrakło, to rezystor powinien zrobić się chłodniejszy.
Po zbudowaniu gotowego układu będącego dowodem na to, że teoria działa w praktyce (ang. proof-of-concept, PoC), naukowcy pracują teraz nad możliwością przechowywania generowanej w układzie energii w kondensatorze. Dokładnie tak, jak na animacji poniżej (zielony – ładunki ujemne, czerwony – dziury, ładunki dodatnie):
Kolejnym krokiem będzie zminiaturyzowanie całości i zbudowanie jej na krzemowym waflu. Jeśli się uda i jeśli możliwe będzie połączenie miliona takich układów w jednym chipie, mógłby on funkcjonować w roli praktycznie nieśmiertelnego generatora energii elektrycznej.
Jeden z prototypowych grafenowych generatorów energii (c) University of Arkansas
