Ученые раскрыли новый метод получения электричества

Ученые из Массачусетского технологического института открыли ранее неизвестный метод генерации электричеств в феномене, который учёные называют “термоэлектрическими волнами” заставляющие мощные волны ударно-тепловой энергии двигаться по нанотрубкам.

Майкл Страно (Michael Strano) и его коллеги из корейского университета Сункхюнкхвана утверждают, что открывается новая эра исследований в области энергетики, и согласно МТИ новое открытие может проложить путь к абсолютно новому способу производства электричества.

Если вы никогда раньше не слышали об углеродных нанотрубках, по сути это субмикроскопические полые трубки, состоящие из взаимосвязанных сетей атомов углерода. Перед тем, как совершить своё открытие, учёные МТИ покрыли нанотрубки реактивным топливом и затем подожгли один конец, что вызвало распространение быстродвижущейся термальной волны по длине трубки. Тепло от топлива достигает температуры 3 000 градусов Кельвина (2 726 градусов Цельсия) и может двигаться по трубке со скоростью до 10 000 раз выше, чем обычное распространение этой химической реакции. Кроме того, тепло толкает электроны по трубке, что создаёт электрический ток.

Система способна выделять в сто раз больше энергии (пропорционально своему весу), чем ионно-литиевая батарея эквивалентного веса. Страно объясняет, что высокое напряжение создаётся системой благодаря факту, что волна, по всей вероятности, перемещает носители электрического заряда, подобно тому как океанская волна может подхватывать и переносить мусор по его поверхности, пишет InFuture.ru.

Нанотехнологический центр России объясняет это явление и метод генерации электричества следующим образом:

Ученые в своем эксперименте использовали многослойные углеродные нанотрубки, получившие кольцевую оболочку из циклотриметилентринитрамина (гексогена) толщиной 7 нм (трубки были диаметром 13–22 нм). Их собирали в массивы нескольких миллиметров в поперечнике и порядка сантиметра длиной, взрывчатка поджигалась с одного из концов лазером или высоковольтной искрой, после чего проводились измерения различных параметров, а всё происходящее снималось на видео с частотой 90 тысяч кадров в секунду.

Оказалось, что из-за очень высокой теплопроводности нанотрубок возникает интересный эффект: жар от первых сгоревших порций проходит вдоль трубки на несколько порядков быстрее, чем распространялась бы химическая реакция. Это тепло вызывает подрыв последующих частей оболочки, и так генерируется быстрая волна тепла. Она же вызывает в трубке сильный поток зарядов. Причём пик его тем выше, чем больше скорость термоволны, а она стремительно растёт с уменьшением массы образца.

Примеры подрыва нанотрубочных массивов (иллюстрации Wonjoon Choi et al./Nature Materials)

Авторы опытов получили столь сильные импульсы, что удельная мощность достигла 7 киловатт на килограмм. По расчётам учёных, это намного выше того, на что можно было бы рассчитывать исходя из эффекта Зеебека.

Там что-то другое происходит, — говорит Страно. — Мы называем это увлечением электронов. Тепловая волна, как представляется, увлекает за собой носители заряда, словно океанская волна подбирает и продвигает вдоль поверхности воды плавающий мусор.

Физики полагают, что на основе нанотрубок удастся построить микроскопические одноразовые батареи, способные без малейшей разрядки ждать годами, а при необходимости выдать сильный импульс тока. Их предложено встраивать в миллиметровые экологические датчики или в столь же крошечные биомедицинские имплантаты, которые после долгого бездействия смогут послать в эфир мощную радиоволну с пакетом информации.

Интересно, что по вычислениям некоторых учёных само понятие температуры к нанотрубкам применять некорректно, поскольку квантовые эффекты тут уже заметно вмешиваются в картину происходящего. Может, в этом кроется секрет нового эффекта?

Сами авторы опытов намерены их продолжить, попытавшись получить от трубок переменный ток (играя составом взрывчатки и вызывая колебания скорости термоволны) и повысив КПД (пока львиная доля энергии уходит в тепло и свет).