Áramfejlesztés a napi hőmérséklet ingadozásából?


Áramfejlesztés a napi hőmérséklet ingadozásából? -

Egy új eszköz kihasználhatja a napi ciklikus hőmérsékleti ingadozást távérzékelők vagy kommunikációs rendszerek energiaellátásához.

Az MIT szakértő csapatának teszteszköze, amelyet több hónapon át egy MIT épület tetején teszteltek, bizonyította az új energiafelhasználási koncepció mögötti elvet. A képen is látható teszteszköz felépítése: a fekete doboz a jobb oldalon, egy időjárás-megfigyelő rendszer mögött (fehér) és egy másik eszköz a készülék teljesítményének ellenőrzésére (nagyobb fekete tok balra).
 
Az elmúlt években már sok kutatás tárgyát képezték olyan termoelektromos eszközök, amelyek képesek áramot generálni, ha a készülék egyik oldala eltérő hőmérsékletű a másik oldalhoz képest. Az MIT csapata olyan új módszert dolgozott ki, amely a hőmérsékleti ingadozást elektromos árammá alakítja. Ahelyett, hogy két különböző hőmérsékleti bemenetet igényelne egyidejűleg, az új rendszer kihasználja a környezeti hőmérséklet nappali ciklusa során fellépő ingadozásokat.

Az új rendszer, amelyet termikus rezonátornak neveznek, lehetővé tenné a távérzékelő rendszerek folyamatos, évekig tartó működését anélkül, hogy más áramforrásra vagy akkumulátorra lenne szükség. Az eredményeket a Nature Communications című folyóiratban jelentették meg.

Bár az új rendszer által generált teljesítményszintek eddig szerények, a termikus rezonátor előnye, hogy nem igényel közvetlen napfényt és energiát generál környezeti hőmérsékletváltozásból, még árnyékban is. Ez azt jelenti, hogy nincs hatással rá a felhőtakaró, a szélfeltételek vagy más környezeti tényezők rövid távú változása. Bárhol elhelyezhető és akár a napelemes panel alatti állandó árnyékban is kihasználhatja a hulladékhő eltávolítását.

A termikus rezonátor felülmúl egy azonos méretű, kereskedelmi forgalomban lévő piroelektromos anyagot a hőmérsékleti ingadozások villamos energiává történő alakítása szempontjából.

A kutatók rájöttek, hogy a hőmérsékleti ciklusokból származó teljesítmény előállításához termikus effuzivitásra van szükség. Ez ötvözi a hővezetés tulajdonságait (milyen gyorsan terjed a hő az anyagon keresztül) és a hőkapacitást (mennyi hő tárolható egy adott anyagmennyiségben). A legtöbb anyagban, ha az egyik ilyen tulajdonság magas, a másik általában alacsony. A kerámiák például magas hőkapacitással rendelkeznek, de alacsony a vezetőképességük.

Éppen ezért egy gondosan kidolgozott anyagkombinációt hoztak létre. Az alapszerkezet egy rézből vagy nikkelből készült fém hab, amelynek a grafénréteg bevonat még nagyobb hővezető képességet biztosít. Ezután a habot egyfajta viasz, oktadekán fázisváltó anyaggal infundálják, amely a szilárd és a folyadék között változik egy adott alkalmazáshoz kiválasztott hőmérsékleti tartományon belül. Lényegében az eszköz egyik oldala felkapja a hőt, amely lassan átáramlik a másik oldalra. Az egyik oldal mindig elmarad a másik mögött, ahogy a rendszer megpróbálja elérni az egyensúlyt. Ez a két oldal közötti állandó különbség hagyományos termoelektródákon keresztül nyerhető. A három anyag kombinációja – a fém hab, a grafén és az oktadekán – a legmagasabb hő effuzivitással rendelkező anyag a mai kutatások szerint.

A koncepció teszteléséhez készült anyag mintája azt mutatta, hogy egyszerűen az éjszakai és napi 10 °C-os hőmérsékletkülönbségre válaszul az apró anyagminta 350 millivolt potenciát és 1,3 milliwatt teljesítményt eredményezett. Anton Cottrill MIT végzős hallgató és a cikk vezető szerzőjének tájékoztatása szerint a fázisváltó anyag tárolja a hőt és a grafén nagyon gyors vezetést biztosít, így amikor eljön az ideje, ezt a hőt használják villamos áram előállítására.

Bár a kezdeti vizsgálatot a környezeti levegő 24 órás napi ciklusának alkalmazásával végezték el, az anyag tulajdonságainak beállítása lehetővé tennék más típusú hőmérsékleti ciklusok alkalmazását is. Például a motorok be- és kikapcsolódásának hője hűtőszekrényben, vagy gépeké ipari üzemekben.

 

A hőmérséklet változása kiaknázatlan energia és hibrid rendszerben kiegészítő energiaforrás lehet, amely a több energiát termelő útvonalak kombinálásával még akkor is képes működni, ha az egyes komponensek meghibásodtak.

 

Fotó: Justin Raymond



Previous A növények felkészülnek az őket ért támadásokra
Next A fizikusok új fényt hoznak létre

No Comment

Leave a reply

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöljük.