In de context van de wereldwijde ontwikkelingen op het gebied van duurzaamheid is de omzetting van restwarmte de afgelopen jaren een aantrekkelijk aandachtsgebied geworden. Thermo-elektrische materialen maken het mogelijk om deze restwarmte te gebruiken voor elektriciteitsopwekking. Dit kan bijdragen aan een hogere industriële productiviteit en de ontwikkeling van een groene economie.
Japanse onderzoekers van de Okayama Universiteit hebben een briljante strategie ontwikkeld voor het produceren van n-type koolstofnanobuisjes (CNT's). Dit kan voordelen bieden voor het benutten van CNT's om laagwaardige restwarmte om te zetten in elektriciteit. De gepubliceerde resultaten tonen aan dat het onderzoek een belangrijke hindernis wegneemt voor op CNT gebaseerde thermo-elektrische apparaten die gebruikt worden bij temperaturen onder de 200 °C.
Het team onder leiding van onderzoeksmedewerker en professor Hiroo Suzuki heeft CNT-garens gedoteerd met een stabiele organische verbinding genaamd N-DMBI met behulp van een nieuw oplosmiddelproces. Deze n-type garens kunnen vervolgens worden gecombineerd met eerder ontwikkelde p-type CNT-garens om efficiënte, flexibele thermo-elektrische generatoren te creëren.
"CNT-garens, gemaakt van koolstofnanobuisjes (CNT's), zijn zeer geschikt voor praktische toepassingen, omdat de garenachtige structuur de fabricage van flexibele thermo-elektrische apparaten mogelijk maakt, zoals op textiel gebaseerde modules," aldus Dr. Suzuki.
Hoogtepunten
- N-DMBI heeft het voordeel dat het een kleine moleculaire grootte heeft. Dit maakt efficiënte doping mogelijk in een onverwacht korte tijd van 10 seconden.
- Ook biedt lucht- en hogetemperatuurstabiliteit tot 150 °C.
- Door Joule-gloeien van de garens wordt de n-dopingefficiëntie nog aanzienlijk verbeterd.
- De garens behaalden uitzonderlijke thermo-elektrische prestatiegegevens, met een vermogensfactor van 2800, 2390 en 1534 µW m-1 K-2 bij respectievelijk 200, 150 en 30 °C.
- Bij lage temperaturen is o-dichloorbenzeen het meest geschikte oplosmiddel voor N-DMBI-doping.
- Een prototype flexibele π-type module zou elektriciteit kunnen opwekken bij slechts 55° C bij een temperatuurverschil van 20° C.
"Het opwekken van energie bij lage temperaturen met kleine temperatuurverschillen is van groot belang voor de ontwikkeling van thermo-elektrische modules die gebruik kunnen maken van diverse warmtebronnen, zoals restwarmte van industriële installaties, warmteafvoer van voertuigen en zelfs lichaamswarmte," aldus Dr. Suzuki.
Ontdek hoe het NIST-onderzoeksteam een nieuwe methode voor het omzetten van warmte in elektriciteit heeft onderzocht.
Door hoogwaardige thermo-elektrische generatoren van CNT-garen mogelijk te maken die kunnen werken met slechts kleine thermische verschillen, zoals lichaamswarmte. Het onderzoek naar de potentie van koolstofnanobuisgaren om restwarmte te winnen, maakt de weg vrij voor innovatieve technologieën. Deze zouden lokale stroom kunnen leveren voor draagbare apparaten, IoT-sensoren en andere toepassingen, terwijl energieverspilling wordt verminderd.
