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碳纳米管新用途 MIT将它做成无毒的便携式电源
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Star 18小时前 72浏览

材料牛注:目前,麻省理工的研究者们想出了一种产电的替代系统,该系统对热量加以利用,且未使用金属或有毒材料。

从智能手机和计算机到电动汽车,电池是现代生活中普遍存在的电源设备。不过大多数电池由有毒材料(如锂)制备,并且这些材料难以处理、供应有限。麻省理工学院研究团队研发了一种新型电池,可将化学能转换成电能,而不使用有毒材料。

这种新方法基于2010年麻省理工化学工程系的教授Michael Strano的发现:一个由碳纳米管的微小碳柱体组成的导线逐步从一端到另一端加热时,可以产生电流。例如可涂覆一种易燃材料,然后点燃一端,使其像导火线一样燃烧起来。

2010年,该团队公布了利用碳纳米管产生太阳能的成果

这种发现代表了一种未知的现象,但是那个时期的实验仅仅产生少量的电流。目前,Strano和他的团队成千倍地提高了该过程的效率,制备了可以同现代最好的电池相比的装置。然而,研究者们说道可能需要好几年才能将理论转化成商业化的产品。

最新的研究成果发表在Energy & Environmental Science期刊上。

把握技术变革

Strano说“这种发现确实很显著,因为之前这种现象从未被研究过。”他团队的大部分工作都不仅仅集中于提高该过程中的效率,也探索了其中的理论。他说道最新的实验表明了理论与实验结果的一致性,有力的证实了基本的机理。

从根本上说,热脉冲驱使电子在碳纳米管束中流动,就像冲浪者随波浪运动一样。

一个关键的发现,即有时热脉冲产生单电压,但有时会同时产生两个不同的电压,从而证实了该理论。Strano说道,“我们的数学模型描述了为什么会有那种现象发生。”然而其他理论并不能解释。根据该团队的理论,这种热电能波分为两种不同的部分,有时相互增强,有时相互削弱。

他还谈到,“在效率方面的改善,将这种技术从实验室应用到了其他便携的能量技术。”例如锂离子电池或燃料电池。在他们最新的描述中,这种设备在将热能转化为电能的效率上提高了1%。事实上,能量效率比以往发现报道提高了大约一千倍。

把Strano指出,就效率而言,锂离子科技需要25年的时间进行发展,然而这种科技仅需五分之一的发展时间。当锂暴露在空气中时,这种材料极易燃烧,与这种新设备中使用的燃料不同,这是一种更安全且可再生的资源。

一勺糖

最初的实验使用潜在易爆炸的材料产生热脉冲来驱动反应,然而新的研究工作采用了一种更温和的燃料:蔗糖,也称为常见的食糖。但是该团队认为其他燃料能产生更高的效率。Strano谈到,不同于其他针对于特定化学反应的科技,基于碳纳米管的能量系统只依靠热能工作,所以热源更好的发展交换到系统中来改善其性能。

目前,该设备已经足以证明可以给简单的电器(如LED灯)供电。Liu认为不同于长期储存后会逐渐失电的电池,这种新的系统应当有几乎无限的保存期。这使得该系统可用于超太空的探究,当其到达一个遥远的星球后,需要大量且快速的能量携带数据信息。

此外,新的系统的在微型耐磨设备方面使用空间很大。Mahajan谈到,电池和燃料电池的局限性使得其尺寸难以缩小,然而这种系统可缩减到很小的范围,这也是该系统的独特之处。

论文地址:Sustainable power sources based on high efficiency thermopower wave devices

原文参考地址:Nontoxic Way of Generating Portable Power Developed