Исследователи из Института материаловедения Барселоны (ICMAB-CSIC) создали новую концепцию термоэлектрического материала, опубликованную в журнале Energy & Environmental Science. Это устройство, состоящее из целлюлозы, производимой на месте в лаборатории бактериями, с небольшими количествами проводящего наноматериала, углеродных нанотрубок, с использованием устойчивой и экологически чистой стратегии.
«Вместо того, чтобы делать материал для получения энергии, мы его культивируем», – объясняет Мариано Кампой-Квилес, исследователь этого исследования. «Бактерии, диспергированные в водной культуральной среде, содержащей сахар и углеродные нанотрубки, производят наноцеллюлозные волокна, которые в конечном итоге образуют устройство, в которое встроены углеродные нанотрубки», – продолжает Кампой-Куилс.
«Мы получаем механически стойкий, гибкий и деформируемый материал благодаря целлюлозным волокнам и с высокой электропроводностью благодаря углеродным нанотрубкам», – объясняет Анна Ларомайн, исследователь этого исследования. «Намерение состоит в том, чтобы приблизиться к концепции экономики замкнутого цикла, используя устойчивые материалы, которые не являются токсичными для окружающей среды, которые используются в небольших количествах и которые могут быть переработаны и повторно использованы», – объясняет Анна Ройг, исследователь этого исследования. устройство изготовлено из экологически чистых материалов, пригодных для вторичной переработки, и имеет высокую добавленную стоимость », – добавляет она.
Ройг утверждает, что по сравнению с другими подобными материалами, «этот имеет более высокую термическую стабильность по сравнению с другими термоэлектрическими материалами на основе синтетических полимеров, что позволяет ему достигать температуры 250 ° C. Кроме того, в устройстве не используются токсичные элементы, а целлюлоза может быть легко переработана, поскольку она может быть разложена ферментативным процессом, превращая ее в глюкозу, при этом восстанавливаются углеродные нанотрубки, которые являются самым дорогим элементом устройства.«Кроме того, можно контролировать толщину, цвет и прозрачность материала.
Кампой-Куилс объясняет, что углеродные нанотрубки были выбраны из-за их размеров: «Благодаря их наноразмерному диаметру и нескольким микронам в длину углеродные нанотрубки позволяют при очень небольшом количестве (в некоторых случаях до 1%) получать электрическую перколяцию, я.е. непрерывный путь, по которому электрические заряды могут проходить через материал, позволяя целлюлозе быть проводящей.«Кроме того, использование такого небольшого количества нанотрубок (максимум до 10%) при сохранении общей эффективности материала, содержащего 100%, делает процесс очень экономичным и энергоэффективным», – добавляет Кампой-Куилс. «С другой стороны, размеры углеродных нанотрубок аналогичны размерам нановолокон целлюлозы, что приводит к однородной дисперсии.
Кроме того, включение этих наноматериалов положительно сказывается на механических свойствах целлюлозы, делая ее еще более деформируемой, растяжимой и устойчивой », – добавляет Роиг.
Эти устройства могут использоваться для выработки электроэнергии из остаточного тепла для питания датчиков в области Интернета вещей, сельского хозяйства 4.0 или Промышленность 4.0. «В ближайшем будущем их можно будет использовать как носимые устройства, например, в медицине или спорте.
И если эффективность устройства будет еще более оптимизирована, этот материал может привести к созданию интеллектуальных теплоизоляторов или гибридных фотоэлектрических-термоэлектрических систем выработки энергии », – объясняет Кампой-Квилес. Кроме того, «благодаря высокой гибкости целлюлозы и масштабируемости процесса эти устройства могут использоваться в приложениях, где источник остаточного тепла имеет необычные формы или обширные области, поскольку они могут быть полностью покрыты этим материалом», – указывает Ройг.
Поскольку бактериальную целлюлозу можно производить дома, возможно, мы стоим перед первым шагом к новой энергетической парадигме, когда пользователи смогут создавать свои собственные электрические генераторы. Нам еще далеко, но это исследование – только начало.
Мы должны с чего-то начать.
Это исследование является результатом междисциплинарного проекта между различными группами Института материаловедения Барселоны (ICMAB-CSIC) в рамках конкурса «Frontier Inderdisciplinary Projects», стратегического действия передового проекта Северо-Очоа.