🔌Una manera completamente nueva de generar electricidad💡

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Los ingenieros del MIT han descubierto una manera completamente nueva de generar electricidad

Por Anne Trafton, MIT (Instituto Tecnológico de Massachusetts)

Un nuevo material fabricado a partir de nanotubos de carbono puede generar electricidad mediante la captación de la energía de su entorno.

Ingenieros del MIT han descubierto una nueva forma de generar electricidad utilizando pequeñas partículas de carbono que pueden crear una corriente simplemente interactuando con el líquido que los rodea.

El líquido, un solvente orgánico, extrae electrones de las partículas, generando una corriente que podría utilizarse para impulsar reacciones químicas o para potenciar micro o nanoescala robots, según los investigadores.

Tiny Particles Power Chemical Reactions“Este mecanismo es nuevo, y esta forma de generar energía es completamente nueva”, dice Michael Strano, profesor de Ingeniería Química de Carbon P. Dubbs del MIT. “Esta tecnología es intrigante porque todo lo que tienes que hacer es fluir un solvente a través de un lecho de estas partículas. Esto te permite hacer electroquímica, pero sin cables.”

En un nuevo estudio que describe este fenómeno, los investigadores han demostrado que podían usar esta corriente eléctrica para impulsar una reacción conocida como la oxidación del alcohol, una reacción química orgánica que es importante en la industria química.

Strano es el autor principal del documento, que apareció el 7 de junio (de 2021) en Nature Communications. Los autores principales del estudio son el estudiante graduado del MIT Albert Tianxiang Liu y el ex investigador del MIT Yuichiro Kunai. Otros autores incluyen el ex estudiante de posgrado Anton Cottrill, postdocs Amir Kaplan y Hyunah Kim, estudiante de posgrado Ge Zhang, y los recientes graduados del MIT Rafid Mollah y Yannick Eatmon.

Propiedades únicas

El nuevo descubrimiento surgió de la investigación de Strano sobre nanotubos de carbono — tubos huecos hechos de una estructura de átomos de carbono, que tienen propiedades eléctricas únicas. En 2010, Strano demostró, por primera vez, que los nanotubos de carbono pueden generar “olas de potencia”. Cuando un nanotubo de carbono está recubierto con capa de combustible, pulsos móviles de calor o ondas termoeléctricas, viaja a lo largo del tubo, creando una corriente eléctrica.

Ese trabajo llevó a Strano y sus estudiantes a descubrir una característica relacionada de nanotubos de carbono. Encontraron que cuando parte de un nanotubo se recubre con un polímero tipo Teflon, crea una asimetría que hace posible que los electrones fluyan de los recubierto a la parte no cubierta del tubo, generando una corriente eléctrica. Esos electrones pueden extraerse sumergiendo las partículas en un solvente que tienen necesidad de electrones.

Para aprovechar esta capacidad especial, los investigadores crearon partículas generadoras de electricidad rectificando nanotubos de carbono y formándolas en una hoja de papel. Se recubrió cada cara de cada hoja con un polímero tipo Teflon, y los investigadores luego cortaron pequeñas partículas, que pueden ser de cualquier forma o tamaño. Para este estudio, fabricaron partículas de 250 por 250 micrones.

Cuando estas partículas se sumergen en un solvente orgánico como acetonitrilo, el solvente se adhiere a la superficie no cubierta de las partículas y comienza a sacar electrones de ellas.

“El solvente se lleva electrones, y el sistema intenta equilibrar moviendo electrones”, dice Strano. “No hay una química de batería sofisticada dentro. Es sólo una partícula y la pones en solvente y comienza a generar un campo eléctrico. ”

“Esta investigación muestra claramente cómo extraer la energía eléctrica ubicua (y a menudo no notificada) almacenada en un material electrónico para la síntesis electroquímica in situ”, dice Jun Yao, profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática de la Universidad de Massachusetts en Amherst, quien no participó en el estudio. “Lo bonito es que apunta a una metodología genérica que se puede ampliar fácilmente al uso de diferentes materiales y aplicaciones en diferentes sistemas sintéticos.”

Potencia de partículas

La versión actual de las partículas puede generar alrededor de 0,7 voltios de electricidad por partícula. En este estudio, los investigadores también mostraron que pueden formar arrays de cientos de partículas en un pequeño tubo de prueba. Este reactor “lecho listo” genera suficiente energía para alimentar una reacción química llamada oxidación del alcohol, en la que un alcohol se convierte en un aldehído o una cetona. Por lo general, esta reacción no se realiza usando electroquímica porque requeriría demasiada corriente externa.

“Porque el reactor de lecho listo es compacto, tiene más flexibilidad en términos de aplicaciones que un gran reactor electroquímico”, dice Zhang. “Las partículas se pueden hacer muy pequeñas, y no requieren cables externos para conducir la reacción electroquímica.”

En el futuro trabajo, Strano espera utilizar este tipo de generación de energía para construir polímeros utilizando sólo dióxido de carbono como material inicial. En un proyecto relacionado, ya ha creado polímeros que pueden regenerarse usando dióxido de carbono como material de construcción, en un proceso alimentado por energía solar. Este trabajo se inspira en la fijación de carbono, el conjunto de reacciones químicas que las plantas utilizan para construir azúcares de dióxido de carbono, utilizando energía solar.

A más largo plazo, este enfoque también podría utilizarse para potenciar los robots de micro o nanoescala. El laboratorio de Strano ya ha comenzado a construir robots a esa escala, que podrían un día utilizarse como sensores de diagnóstico o ambientales. La idea de ser capaz de rebuscar energía del medio ambiente para alimentar este tipo de robots es atractiva, dice.

“Significa que no tienes que poner el depósito de energía a bordo”, dice. “Lo que nos gusta de este mecanismo es que puedes tomar la energía, al menos en parte, del medio ambiente.”

Reference: “Solvent-induced electrochemistry at an electrically asymmetric carbon Janus particle” by Albert Tianxiang Liu, Yuichiro Kunai, Anton L. Cottrill, Amir Kaplan, Ge Zhang, Hyunah Kim, Rafid S. Mollah, Yannick L. Eatmon and Michael S. Strano, 7 June 2021, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-021-23038-7

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