麻省理工学院工程师已经发现了一种全新的发电方式

由碳纳米管制成的新材料可以通过从环境中清除能量来产生电力。

麻省理工学院工程师已经发现了一种使用微小的碳颗粒产生电力的新方法，即只需与围绕它们的液体相互作用即可产生电流。

研究人员说，液体（一种有机溶剂）从颗粒中汲取电子，产生可用于推动化学反应或电力微型或纳米级机器人的电流。

“这种机制是新的，这种发电能量的方式是完全新的，”米歇尔斯特拉诺说，碳P. DUBBS MIT化学工程教授。 “这项技术是有趣的，因为你所要做的就是通过这些颗粒的床来流动溶剂。这允许您进行电化学，而是没有电线。“

在描述这种现象的新研究中，研究人员表明，它们可以使用该电流驱动称为醇氧化的反应 - 一种在化学工业中重要的有机化学反应。

Strano是本文的高级作者，目前（6月7日，2021年）在自然通信中出现。该研究的牵头作者是麻省理工学院研究生Albert天乡刘和前麻省理工学院研究员Yuichiro Kunai。其他提交人包括前研究生Anton Cottrill，Postdocs Amir Kaplan和Hyunah Kim，Ge Zhang研究生学生，最近的麻省理工学院毕业生Rafid Mollah和Yannick Eymon。

新发现脱离了斯特拉诺对碳纳米管的研究 - 中空管由碳原子晶格制成，具有独特的电性能。 2010年，斯特拉诺首次展示碳纳米管可以产生“热电波浪”。当碳纳米管涂有燃料层时，热量的移动脉冲或热电波，沿管道行进，产生电流。

这使得斯特拉诺和他的学生揭开了碳纳米管的相关特征。他们发现，当纳米管的一部分涂覆有一个特氟隆的聚合物时，它产生不对称性，这使得电子可以从涂覆到管的未涂覆部分中流动，产生电流。这些电子可以通过将颗粒浸没在令人寒冷的电子的溶剂中来抽出。

为了利用这种特殊能力，研究人员通过将碳纳米管研磨并将它们形成为纸状材料而产生电力产生的颗粒。每张纸的一侧涂有Teflon样聚合物，然后研究人员切出小颗粒，其可以是任何形状或尺寸。对于这项研究，它们使250微米250微米的颗粒制成250微米。

当这些颗粒浸没在有机溶剂如乙腈中时，溶剂粘附到颗粒的未涂覆的表面上并开始将电子拉出。

“溶剂采用电子，系统试图通过移动电子进行平衡，”Strano说。 “里面没有复杂的电池化学。这只是一个粒子，你把它放入溶剂中，它开始产生电场。“

“这项研究巧妙地展示了如何提取存储在电子材料中的无处不在的（并且经常被忽视的）电能，以便在现场电化学综合中，”马萨诸塞大学在Amhersts大学电气计算机工程助理教授Jun Yao说，谁没有参与这项研究。 “美丽是它指向一种通用方法，可以容易地扩展到不同的合成系统中的不同材料和应用。”

目前的颗粒版本可以产生约0.7伏的每种粒子。在这项研究中，研究人员还表明它们可以在小试管中形成数百颗粒阵列。该“包装床”反应器产生足够的能量以为称为醇氧化的化学反应提供动力，其中醇转化为醛或酮。通常，不使用电化学进行该反应，因为它需要过多的外部电流。

“因为包装床反应器紧凑，它在应用方面具有比大型电化学反应器更具灵活性，”张说。 “颗粒可以非常小，并且它们不需要任何外线以驱动电化学反应。”

在未来的工作中，斯特拉诺希望使用这种能源，仅使用二氧化碳作为原料来构建聚合物。在一个相关的项目中，他已经创造了可以使用二氧化碳作为建筑材料再生自己的聚合物，在由太阳能提供动力的过程中。这项工作受到碳固定的启发，植物用来从阳光下使用能量来制造植物的化学反应集。

在长期内，这种方法也可以用于提供微型或纳米级机器人。 Strano的实验室已经开始在这种规模的机器人上建立机器人，这可能将有一天用作诊断或环境传感器。他说，能够从环境中淘汰能源来动力这些机器人的想法是吸引人的。

“这意味着你不必将储能放在船上，”他说。 “我们对此机制的看法是您可以至少部分地从环境中取得能量。”

参考文献：“溶剂诱导的电化学在电不对称碳杀粒子上”，Albert天乡刘，Yuichiro Kunai，Anton L. Cottrill，Amir Kaplan，Ge Zhang，Hyunah Kim，Rafid S. Mollah，Yannick L.Etmon和Michael S.斯特拉诺，2021年6月7日，自然通信。 DOI：10.1038 / S41467-021-23038-7

该研究由美国能源部和SEC SETION倡议提供资金。