Las baterías que alimentan los dispositivos ubicuos de la vida moderna, desde teléfonos inteligentes y computadoras hasta autos eléctricos, están hechas principalmente de materiales tóxicos como el litio que pueden ser difíciles de eliminar y tienen suministros globales limitados. Ahora, los investigadores del MIT han llegadocon un sistema alternativo para generar electricidad, que aprovecha el calor y no utiliza metales ni materiales tóxicos.
El nuevo enfoque se basa en un descubrimiento anunciado en 2010 por Michael Strano, el profesor de Ingeniería Química Carbon P. Dubbs en el MIT, y sus compañeros de trabajo: un cable hecho de pequeños cilindros de carbono conocidos como nanotubos de carbono puede producir uncorriente eléctrica cuando se calienta progresivamente de un extremo al otro, por ejemplo cubriéndolo con un material combustible y luego encendiendo un extremo para que se queme como un fusible.
Ese descubrimiento representó un fenómeno previamente desconocido, pero los experimentos en el momento produjeron solo una cantidad minúscula de corriente en una configuración de laboratorio simple. Ahora, Strano y su equipo han aumentado la eficiencia del proceso más de mil veces y han producido dispositivos quepuede generar potencia, libra por libra, en el mismo estadio que lo que pueden producir las mejores baterías de hoy en día. Sin embargo, los investigadores advierten que podría llevar varios años desarrollar el concepto en un producto comercializable.
Los nuevos resultados fueron publicados en la revista Energía y ciencias ambientales en un artículo de Strano, los estudiantes de doctorado Sayalee Mahajan PhD '15 y Albert Liu, y otros cinco.
Atrapando la ola
Strano dice "es realmente notable que este [fenómeno] no haya sido estudiado antes". Gran parte del trabajo de su equipo en el proyecto se ha centrado no solo en mejorar la eficiencia del proceso sino también en "desarrollar la teoría de cómo funcionan estas cosas".trabajo ". Y los últimos experimentos, dice, muestran un buen acuerdo entre la teoría y los resultados experimentales, proporcionando una fuerte confirmación del mecanismo subyacente.
Básicamente, el efecto surge cuando un pulso de calor empuja a los electrones a través del haz de nanotubos de carbono, llevándolos con él como un grupo de surfistas montando una ola.
Un hallazgo clave que ayudó a verificar la teoría es que a veces la ola de calor produce un solo voltaje, pero a veces produce dos regiones de voltaje diferentes al mismo tiempo. "Nuestro modelo matemático puede describir por qué ocurre eso", dice Strano,mientras que las teorías alternativas no pueden explicar esto. Según la teoría del equipo, la onda termoeléctrica "se divide en dos componentes diferentes", que a veces se refuerzan entre sí y otras veces se contrarrestan.
Las mejoras en eficiencia, dice, "llevan [la tecnología] de la curiosidad de un laboratorio a estar a una distancia sorprendente de otras tecnologías de energía portátiles", como las baterías de iones de litio o las pilas de combustible. En su última versión, el dispositivo esmás del 1 por ciento de eficiencia en la conversión de energía térmica en energía eléctrica, informa el equipo, que es "órdenes de magnitud más eficientes que lo que se informó anteriormente". De hecho, la eficiencia energética es aproximadamente 10,000 veces mayor que la informada en el originalpapel de descubrimiento.
Strano señala que "la tecnología de iones de litio tardó 25 años en llegar a donde están" en términos de eficiencia, señala, mientras que esta tecnología solo ha tenido aproximadamente una quinta parte de ese tiempo de desarrollo. Y el litio es extremadamente inflamable si el material alguna vez se poneexpuesto al aire libre, a diferencia del combustible utilizado en el nuevo dispositivo, que es mucho más seguro y también un recurso renovable.
una cucharada de azúcar
Si bien los experimentos iniciales habían utilizado materiales potencialmente explosivos para generar el pulso de calor que impulsa la reacción, el nuevo trabajo utiliza un combustible mucho más benigno: sacarosa, también conocido como azúcar de mesa común. Pero el equipo cree que otros materiales de combustión tienenel potencial para generar eficiencias aún mayores. A diferencia de otras tecnologías que son específicas de una formulación química en particular, el sistema de energía basado en nanotubos de carbono funciona solo con calor, por lo que a medida que se desarrollan mejores fuentes de calor, simplemente podrían cambiarse a un sistema para mejorar surendimiento, dice Strano.
Ya, el dispositivo es lo suficientemente potente como para demostrar que puede alimentar dispositivos electrónicos simples como una luz LED. Y a diferencia de las baterías que pueden perder energía gradualmente si se almacenan durante largos períodos, el nuevo sistema debería tener una vida útil prácticamente indefinida, Dice Liu. Eso podría hacerlo adecuado para usos como una sonda de espacio profundo que permanece inactiva durante muchos años mientras viaja a un planeta distante y luego necesita un rápido estallido de energía para enviar datos cuando llega a su destino.
Además, el nuevo sistema es muy escalable para su uso en los dispositivos portátiles cada vez más pequeños que están surgiendo. Las baterías y las pilas de combustible tienen limitaciones que dificultan su reducción a tamaños pequeños, dice Mahajan, mientras que este sistema "puede reducirsea límites muy pequeños. La escala de esto es única "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por David L. Chandler. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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