Nanotubi di carbonio per generare elettricità

Gli ingegneri chimici del Massachusetts Institute of Technology (MIT) hanno scoperto un nuovo metodo per generare elettricità utilizzando nanotubi di carbonio che interagiscono con il solvente organico in cui sono immersi. Il sistema è formato da nanotubi di carbonio macinati avvolti in un polimero a base di Teflon.

La nuova ricerca

Questo nuovo dispositivo è costituito da nanotubi di carbonio macinati ricoperti da un polimero e immersi in un solvente organico. È proprio il solvente organico che strappa gli elettroni dalla polvere di nanotubi e genera una corrente che può essere usata per alimentare reazioni chimiche o per fornire energia a robot sulla micro-scala o sulla nano-scala.

Michael Strano, Professore presso il corso di ingegneria chimica al MIT, afferma che questo meccanismo è un nuovo modo di generare energia. Questa tecnologia, aggiunge, è particolarmente intrigante perché si può ottenere energia elettrica semplicemente facendo scorrere un solvente in un letto di polveri di nanotubi.

È come fare elettrochimica, ma senza cavi.

Michael Strano – Professore presso il corso di ingegneria chimica al MIT

Nello studio, in pubblicazione su Nature Communications, i ricercatori sono stati in grado di usare questo dispositivo per alimentare la reazione di ossidazione alcolica, una reazione della chimica organica molto importante nell’industria chimica.

Proprietà uniche

I nanotubi di carbonio, come dimostrato dal prof. Strano, possono generare “onde termiche”. Quando un nanotubo è rivestito da uno strato di combustibile, onde di termopotenza (impulsi di calore) viaggiano lungo il tubo creando una corrente elettrica. Quando il nanotubo è rivestito da un polimero, che non viene specificato ma viene indicato simile al Teflon, si crea un’asimmetria chimico-fisica che rende possibile il flusso di elettroni dalla parte rivestita a quella non rivestita. È questa asimmetria a generare la corrente. Quando il dispositivo è immerso in un solvente “affamato” di elettroni, la corrente può essere “raccolta”.

Per sfruttare questa capacità dei nanotubi di carbonio, i ricercatori hanno creato particelle che generano elettricità macinando i nanotubi di carbonio e disponendoli su un foglio di materiale simile alla carta. Un lato di questo foglio viene ricoperto di un polimero simile al Teflon. Le dimensioni caratteristica di queste particelle, dalla forma qualsiasi, è di 250 micron. Quando queste particelle sono immerse in un solvente organico come l’acetonitrile, quest’ultimo aderisce alla superficie non rivestita dal polimero ed estrae fuori gli elettroni.

Non c’è alcuna chimica complessa come quella che è alla base dei meccanismi di funzionamento delle batterie. In questo caso, afferma Strano, il solvente sposta gli elettroni e il sistema li muove per riequilibrarsi.

Questa ricerca mostra una metodologia di generazione elettrica che può essere facilmente esportata ad applicazioni diverse con materiali diversi afferma il prof Jun Yao del dipartimento di ingegneria elettrica ed informatica dell’Università di Amherst.

Il potere delle polveri di nanotubi

Centinaia di queste particelle possono essere inserite in una piccola provetta da laboratorio. Questo “packed bed reactor” (reattore a letto impaccato) è in grado di generare abbastanza energia da alimentare la reazione chimica di ossidazione alcolica, in cui un alcool viene convertito in una aldeide o in un chetone. Il “packed bed reactor” ha dimensioni compatte e mostra una maggiore flessibilità di un grande reattore elettrochimico. È proprio il volume del reattore elettrochimico e la quantità di energia da produrre che rendono la reazione non perseguibile per via elettrochimica.

Il prof. Strano prevede che questo tipo di dispositivo potrà essere utile per produrre polimeri a partire da anidride carbonica. Infatti, in un progetto alternativo, è riuscito a creare polimeri che si riparano da soli utilizzando l’anidride carbonica come fonte di “carboni” in un processo alimentato da energia solare. Questo approccio potrebbe usato per alimentare, più a lungo termine, robot nella microscala o nanoscala che potrebbero essere usati come sensori diagnostici e/o ambientali.

Il vantaggio di questo strumento è che non bisogna pensare ad un dispositivo di accumulo energetico ma l’energia può essere prelevata, almeno in parte, dall’ambiente esterno.

Michael Strano – Professore presso il corso di ingegneria chimica al MIT