Grafenbatteri förvandlar omgivningsvärme till elektrisk ström

Här är en intressant idé för ett batteri. Den termiska hastigheten för joner i vattenlösning är enorm - hundratals meter per sekund vid rumstemperatur. Och ändå har få människor studerat denna process eller dess potential att generera ström.

Stig fram Zihan Xu vid Hong Kong Polytechnic University och några kompisar som inte bara har studerat den här processen utan till synes också bemästrat den.

De här killarna har skapat en krets som består av en lysdiod kopplad till en grafenremsa med någon tråd. De placerade helt enkelt grafenet i en lösning av kopparklorid och tittade på. Visst, lysdioden lyser. (Faktiskt behövde de sex av dessa grafenkretsar i serie för att generera de 2V som behövs för att få lysdioden att lysa men du förstår bilden.)

Här är vad som händer, enligt Zihan och co. Kopparjonerna, som har en dubbel positiv laddning, rör sig genom lösningen med en hastighet av cirka 300 meter per sekund tack vare lösningens termiska energi vid rumstemperatur.

När en jon slår in i grafenremsan genererar kollisionen tillräckligt med energi för att sparka ut en delokaliserad elektron ur grafenen.

Elektronen har då två alternativ: den kan antingen lämna grafenremsan och kombineras med kopparjonen eller så kan den färdas genom grafenremsan och in i kretsen.

Det visar sig att elektronernas rörlighet är mycket högre i grafen än den är genom lösningen, så elektronen väljer naturligtvis vägen genom kretsen. Det är denna som lyser upp lysdioden.

De frigjorda elektronerna föredrar att resa över grafenytan ... istället för att gå in i elektrolytlösningen. Det är så spänningen producerades av vår enhet, säger Zihan och co.

Så energin som genereras av den här enheten kommer från omgivande värme. Dessa killar säger att de kunde öka strömmen genom att värma lösningen och även genom att accelerera kopparjonerna med ultraljud. De hävdar till och med att de har hållit sitt grafenbatteri igång i 20 dagar på bara omgivande värme.

Men det finns ett viktigt frågetecken. En alternativ hypotes är att någon form av kemisk reaktion genererar strömmen, precis som i ett vanligt batteri.

Zihan och co säger dock att de uteslöt detta med ett par kontrollexperiment. Dessa beskrivs dock i en del tilläggsmaterial som de inte verkar ha lagt på arXiv. De måste naturligtvis göra detta tillgängligt innan andra tar påståendet på allvar.

Sett till nominellt värde ser detta dock ut att vara ett oerhört viktigt resultat. Andra har genererat ström i grafen helt enkelt genom att passera rörligt vatten över det, så det är egentligen inte en överraskning att rörliga joner också kan göra jobbet.

Det ökar möjligheten till rena, gröna batterier som drivs av bara omgivningsvärme. Som Zihan och co blygsamt uttryckte det: det representerar ett enormt genombrott för forskningen om självdriven teknologi.

Låt oss hoppas att de har rätt. Men för tillfället måste åtminstone juryn förbli obestämd.

Ref: arxiv.org/abs/1203.0161 : Självladdat grafenbatteri skördar elektricitet från miljöns termiska energi

Dölj