Γεωθερμική μπαταρία για την άμεση μετατροπή θερμότητας σε ηλεκτρισμό

Γεωθερμική μπαταρία για την άμεση μετατροπή θερμότητας σε ηλεκτρισμό

titech.ac.jp

Επιστήμονες του Ινστιτούτου Τεχνολογίας Τόκιο (Tokyo Tech) και της Sanoh Industrial δημιούργησαν μια πολύ σταθερή κυψέλη μπαταρίας η οποία είναι σε θέση να μετατρέπει απευθείας τη θερμότητα σε ηλεκτρισμό- παρέχοντας, με αυτόν τον τρόπο, έναν ευκολότερο τρόπο αξιοποίησης της γεωθερμικής ενέργειας.

Η παραγωγή ηλεκτρισμού από τη γεωθερμική ενέργεια απαιτεί συσκευές και τεχνολογίες που μπορούν, με κάποιον τρόπο, να αξιοποιούν τη θερμότητα στον φλοιό της Γης. Πρόσφατα ομάδα επιστημόνων στο Tokyo Tech, υπό την Dr. Σατσίκο Ματσουσίτα, σημείωσαν μεγάλη πρόοδο ως προς την κατανόηση και την ανάπτυξη STC (sensitized thermal cells- ευαισθητοποιημένες θερμικές κυψέλες), ένα είδος μπαταριών που μπορούν να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια σε 100 βαθμούς Κελσίου ή και παρακάτω.

Υπάρχουν διάφορες μορφές μετατροπής της θερμότητας σε ηλεκτρισμό, ωστόσο η εφαρμογή τους σε μεγάλη κλίμακα παρουσιάζει προβλήματα. Η ομάδα της Ματσουσίτα είχε και στο παρελθόν αναφέρει τη χρήση των STC ως μιας νέας μεθόδου μετατροπής θερμότητας απευθείας σε ηλεκτρική ενέργεια, χρησιμοποιώντας ηλιακές κυψέλες που είχαν ευαισθητοποιηθεί μέσω μπογιάς- και στη συνέχεια αντικατέστησαν τη μπογιά με ημιαγωγό για να μπορεί το όλο σύστημα να λειτουργεί με θερμότητα αντί για φως.

Το STC είναι μια μπαταρία που αποτελείται από τρία στρώματα, τοποθετημένα ανάμεσα σε ηλεκτρόδια: Ένα στρώμα μεταφοράς ηλεκτρονίων (ETM), ένα στρώμα ημιαγωγού (γερμάνιο) και ένα σταθερό στρώμα ηλεκτρολύτη (ιόντα χαλκού). Συνοπτικά, τα ηλεκτρόνια μεταβαίνουν από μια κατάσταση χαμηλής ενέργειας σε μια κατάσταση υψηλής ενέργειας στον ημιαγωγό διεγειρόμενα θερμικά, και μετά μεταφέρονται στο ΕΤΜ. Στη συνέχεια φεύγουν μέσω του ηλεκτροδίου, περνούν από ένα εξωτερικό κύκλωμα, διέρχονται από ένα αντι-ηλεκτρόδιο και φτάνουν στον ηλεκτρολύτη. Αντιδράσεις στις οποίες εμπλέκονται ιόντα χαλκού λαμβάνουν χώρα εκεί, με αποτέλεσμα ηλεκτρόνια χαμηλής ενέργειας να μεταφέρονται στο στρώμα ημιαγωγού, έτσι ώστε η διαδικασία να αρχίζει εκ νέου- ολοκληρώνοντας ένα ηλεκτρικό κύκλωμα.

Μετά από δοκιμές, οι ερευνητές παρατήρησαν πως ο ηλεκτρισμός σταματούσε να ρέει μετά από ένα χρονικό διάστημα και παρουσίασαν μια θεωρία/ μηχανισμό για την επεξήγηση αυτού του φαινομένου- ωστόσο διαπίστωσαν στη συνέχεια πως αυτό μπορεί να ανατραπεί με την παρουσία θερμότητας, απλά ανοίγοντας το κύκλωμα για λίγο: Με λίγα λόγια, χρησιμοποιώντας έναν απλό διακόπτη. «Με έναν τέτοιο σχεδιασμό, η θερμότητα, που συνήθως εκλαμβάνεται ως ενέργεια χαμηλής ποιότητας, θα μπορούσε να γίνει μια θαυμάσια ανανεώσιμη πηγή ενέργειας» σημειώνει η Ματσουσίτα, προσθέτοντας πως «δεν υπάρχει φόβος ακτινοβολίας, ακριβού πετρελαίου, αστάθειας στην παραγωγή ενέργειας, όπως όταν βασιζόμαστε στον ήλιο ή στον άνεμο».