Skip to content Skip to left sidebar Skip to right sidebar Skip to footer

Неутриноволтаик – производство на електроенергия

Неутриноволтаик

Неутриноволтаик – принцип на производство на електроенергия под въздействието на радиационни полета на околната среда.

Разработването на неутриноволтаик технологията стартира при експерименти за оптимизиране работата на слънчевите панели. За експериментална работа са използвани наночастици от различни материали. Първоначалната идея е те да постигнат по-голяма активна повърхност за по-висока ефективност на слънчевите панели. Трябва да отбележим нещо много важно, че тези експерименти не са били успешни. Отчетено бе, че изпитваният материал показва признаци на нестабилност. Появилите се вибрации не са били благоприятни за подобряване на повърхността на слънчевите панели. Произхода на тези вибрации по онова време не е бил обяснен. Въпреки това те са накарали учените да продължат да работят в посока усилване на точно тези вибрации. Те предполагали, че ако в материала се появят вибрации, те могат да бъдат накарани да резонират с атомни вибрации. Така по този начин тези вибрации ще могат да генерират електричество.

Неутриноволтаичната технология се основава на способността на графена да събира енергия от околната среда.

Тя е открита случайно от физици в Университета на Арканзас (САЩ). Оказва се, че графенът (двуизмерна алотропна модификация на въглерода, образувана от слой въглеродни атоми с дебелина един атом. Въглеродните атоми се намират в sp²-хибридизация и са свързани със σ- и π-връзки в хексагонална двуизмерна кристална решетка). Поради особеностите на кристалната решетка не могат да съществуват в 2D-плоскост, а само в 3D-плоскост.

За да може да съществува отделно, графенът трябва да се държи, като 3D материал за да осигури необходимата стабилност. „Дупката“ е изместването на движещите се атоми, което придава на графена свойствата на трето измерение. С други думи, графенът никога не е бил 100% плосък, той е вибрирал на атомно ниво, така че съединенията му да не претърпят спонтанно разпадане. Екип от физици  доказа, че обяснението се крие в така наречените „полети на Леви“. Mодели на малки случайни вибрации, съчетани с внезапни и резки промени. За първи път физиците ги виждат в атомен мащаб. Измервайки скоростта и мащаба на тези графенови вълни се установява, че те могат да се използват за извличане на енергия от околната среда.

Този проблем е успешно решен от учени от научно-технологичната компания Neutrino Energy Group,

ръководена от математика Холгер Торстен Шубарт. Трябва да се отбележи, че всички характеристики на иновативния многослоен наноматериал, създаден от компанията, който се състои от редуващи се слоеве от графен и легиран силиций, са получени експериментално преди няколко години и едва през последните години в публичното пространство се появиха някои теоретични потвърждения на основите, които доказват функционалността на модела, предложен от Neutrino Energy Group.

Например в списание Nature професор Ванеса Ууд от ETH (Eidgenössische Technische Hochschule, Цюрих) и нейните колеги обясняват какви процеси предизвикват атомните вибрации при наноразмерните материали и как това знание може да се използва за систематично разработване на наноматериали за различни приложения. Публикацията показва, че когато се произвеждат материали с размери, по-малки от 10-20 нанометра, което е 5000 пъти по-тънко от човешки косъм, вибрациите на външните атомни слоеве на повърхността на наночастиците са големи и играят важна роля за поведението на материала. Всички материали са съставени от атоми, които вибрират. Тези атомни вибрации, или „фонони“, са отговорни за начина, по който се предават електрическият заряд и топлината в материалите.

Учени от Виенския университет, Института за напреднали науки и технологии (AIST) в Япония, JEOL и университета „Ла Сапиенца“ в Рим са разработили техника, която може да измерва всички фонони, присъстващи в наноструктуриран материал. По този начин те успяха да установят за първи път всички вибрационни режими на автономния графен, както и локалното разширяване на различните вибрационни режими в графеново нановлакно. Този нов метод е наречен от тях „large q mapping“. Той открива напълно нови възможности за установяване на пространствено и импулсно разширяване на фононите във всички наноструктурирани и двумерни усъвършенствани материали. Експериментите откриват нови възможности за изучаване на локалните режими на трептене в нанометричен мащаб до конкретни монослоеве.

Екип от учени в Масачузетския технологичен институт (MIT) успява да превърне графена в свръхпроводник.

Графена предава електричество без съпротивление. Откритието, че графенът е способен на свръхпроводимост, ще проправи пътя за множество изследвания в близко бъдеще. Тъй като графенът е ключов елемент в материала, изобретен от Групата за енергията на неутриното, неговото свойство на свръхпроводимост ще играе ключова роля, особено за захранване на електрически устройства, където е необходим малък и стабилен източник на енергия.

Неутриновата технология се основава на използването на свръхтънки слоеве графен за създаване на резонансни вибрации на графеновите атоми под въздействието на топлинното Брауново движение и околните радиационни полета от изкуствен и естествен произход, включително космически неутрино, и за преобразуване на кинетичната енергия на частиците от околните радиационни полета в електрически ток.

Електроните и дупките в графена имат нулева ефективна маса,

т.е. те не могат да бъдат неподвижни, а през цялото време се движат със „скоростта на Ферми“, която в графена е приблизително 106 m/s, т.е. вече е релативистична. Това е причината за много високата подвижност на носителите на електричен заряд в графена, поне с 2 порядъка по-висока от тази в силиция, и за „балистичния“ характер на движението им по филма. Свободният път на проводящите електрони и дупки в графена при стайна температура надвишава 1 μm.

„Графенови вълни“

Няколко слоя графен и легиран силиций се отлагат върху подложка от метално фолио и се инициира процес на хармоничен резонанс. Това се получава, когато радиацията преминава през тази комбинация от силициеви и графенови слоеве. Оптималният състав на такъв материал предполага 12 редуващи се слоя графен-силиций с общо съотношение 75/25%. Налагането на честотата на външното влияние на частиците от околните радиационни полета. Включително влиянието на неутриното, върху вътрешната честота на трептенията на графеновите вълни, причинени от топлинното Брауново движение на графеновите атоми, усилва тези трептения и води до резонанс. Атомните осцилации в резонанс засилват електронното отблъскване в контакт с легиран силиций. Използването на графен не съдържащ примеси, и ползването на допинг стимулира електроните на графена да текат в една и съща посока. Така се генерира електрически ток. Общият ефект е това, което физиците наричат „косо разсейване“. При него облаци от електрони отклоняват движението си в една и съща посока.

Нанасянето на многослойно покритие върху едната страна на фолиото води до различни полюси.

Покритата страна има положителен полюс, а непокритата страна – отрицателен полюс. Това позволява поставянето им една върху друга и притискането им. Така се образува сигурна и последователна връзка между плочите. Една плоча с размери 200×300 mm генерира напрежение 1,5 V и ток 2 А. Въз основа на технологията Neutrino Energy Group е успяла да създаде генератор на „свободна енергия“ без въртящи се части.

Производството на генератори Neutrino Power Cube с нетен капацитет 5-10 kW*h се очаква в края на 2023 г. или началото на 2024 г. Ще бъде изработен под формата на табло, условно разделено на 2 отделения. Отделение с модулите за генериране на електроенергия и отделение за системата за управление. В отделението на системата за управление са разположени инвертори. Те преобразуват генерираната постоянна енергия в променлива с напрежение 220 и 380 V.

Приложението на технологията обещава да бъде многофункционално. То несъмнено ще я направи търсена през следващите години, предвид процесите на трансформация в съвременния енергиен сектор.

Ако „Неутриноволтаик – производство на електроенергия“ ви е допаднала може да разгледате още интересни статии в нашият сайт.