Новый материал может генерировать электричество, поглощая энергию из окружающей среды

Инженеры Массачусетского технологического института открыли новый способ производства электричества с использованием крошечных углеродных частиц, которые могут создавать ток, просто взаимодействуя с окружающей их жидкостью.

По словам исследователей, жидкость, органический растворитель, вытягивает электроны из частиц, генерируя ток, который можно использовать для запуска химических реакций или для питания микро- или наноразмерных роботов.

«Этот механизм новый, и этот способ производства энергии совершенно новый, — говорят ученые. «Эта технология интригует, потому что все, что вам нужно сделать, это пропустить растворитель через слой этих частиц. Это позволяет выполнять электрохимию, но без проводов».

В новом исследовании, описывающем это явление, ученые показали, что они могут использовать этот электрический ток для запуска реакции, известной как окисление спирта — органической химической реакции, которая важна в химической промышленности.

Уникальные свойства

Новое открытие стало результатом исследований углеродных нанотрубок — полых трубок, состоящих из решетки атомов углерода, которые обладают уникальными электрическими свойствами.

В 2010 году исследователи впервые продемонстрировали, что углеродные нанотрубки могут генерировать «волны термоЭДС». Когда углеродная нанотрубка покрыта слоем топлива, движущиеся импульсы тепла или волны термоЭДС перемещаются по трубке, создавая электрический ток.

Эта работа привела исследователей к открытию родственной особенности углеродных нанотрубок. Они обнаружили, что, когда часть нанотрубки покрыта тефлоноподобным полимером, это создает асимметрию, которая позволяет электронам течь от покрытой к непокрытой части трубки, генерируя электрический ток. Эти электроны можно вытянуть, погрузив частицы в растворитель, который жаждет электронов.

Чтобы использовать эту способность, исследователи создали частицы, генерирующие электричество, измельчая углеродные нанотрубки и превращая их в лист материала, похожего на бумагу. Одна сторона каждого листа была покрыта тефлоноподобным полимером, а затем ученые вырезали мелкие частицы, которые могут иметь любую форму и размер. Для этого исследования они сделали частицы размером 250 на 250 микрон.

Когда эти частицы погружаются в органический растворитель, такой как ацетонитрил, растворитель прилипает к непокрытой поверхности частиц и начинает вытягивать из них электроны.

«Внутри нет сложной химии батареи. Это просто частица, которую вы помещаете в растворитель, и она начинает генерировать электрическое поле».

Сила частиц

Текущая версия частиц может генерировать около 0,7 вольт электричества на частицу. Ученые также показали, что они могут образовывать массивы из сотен частиц в небольшой пробирке.

Этот реактор с «уплотненным слоем» вырабатывает достаточно энергии для химической реакции, называемой окислением спирта, в которой спирт превращается в альдегид или кетон. Обычно эту реакцию не проводят с использованием электрохимии, потому что для этого потребуется слишком большой внешний ток.

«Поскольку реактор с уплотненным слоем компактен, он имеет большую гибкость с точки зрения применения, чем большой электрохимический реактор», — говорят исследователи. «Частицы могут быть очень маленькими, и им не нужны внешние провода, чтобы проводить электрохимическую реакцию».

Далее исследователи надеются использовать этот вид выработки энергии для создания полимеров, используя только диоксид углерода в качестве исходного материала.

В более долгосрочной перспективе этот подход может также использоваться для питания микро- или наноразмерных роботов.