Kibbelen over thermische energie | Grafeen (graphene)
Kibbelen over thermische energie

Xu kwam enkele dagen geleden met de verbazingwekkende bewering naar buiten dat grafeen elektrische stroom kan genereren uit enkel de aanwezige thermische energie. Sceptici alom natuurlijk, wat had je anders gedacht?

Zihan Xu van de Hong Kong Polytechnische Universiteit en collega’s hebben een ‘grafeen batterij‘ gemaakt zoals zij het omschrijven. Ze ontwierpen deze batterij door een 50-vierkante-millimeter vel grafeen over op een silicium substraat te plaatsen, het bevestigen van goud en zilver elektroden aan de uiteinden, en dan onder te dompelen in een oplossing van koperchloride.
Het toestel gegenereerde een spanning van ongeveer 0,35 volt (V) voor ongeveer 25 dagen.

Maar vanwaar komt dat voltage nu? Xu en collega’s zijn van mening dat de kinetische energie van de koperionen voldoende is om elektronen binnen het grafeen vrij te slaan.

Het team stelt dat de elektronen kiezen voor het vel grafeen in plaats van de koperchloride-oplossing omdat ze daar ‘vrijer’ kunnen bewegen.
Aldus wordt thermische energie omgezet in elektrisch potentieel.

Xu en collega’s kunnen weinig wetenschappers overtuigen. Fysicus Eva Andrei van de Rutgers Universiteit in New Jersey beschrijft de claim als ‘ver gezocht’. Met het argument dat er andere plausibele mechanismen zijn om de waarnemingen te verklaren. Zij stelt dat de kinetische energie van de ionen waarschijnlijk worden afgevoerd als warmte binnen het grafeen, en voegt eraan toe dat zelfs als elektronen vrijkomen, ze vrijwel zeker zouden recombineren met de positieve ‘gaten’ die ze achterlaten voor de reis naar de elektroden.

Guo Wanlin, een andere scepticus van de Nanjing University in China heeft zelf tests uitgevoerd op zijn systeem, zegt hij. Guo varieerde in grootte van de grafeen vellen en maakte gebruik van verschillende soorten substraat en elektroden en nooit was de opgenomen uitgangsspanning hoger dan ongeveer 0,1 mV.

Robert Dryfe, een electrochemist aan de Universiteit van Manchester is ook niet overtuigd door de uitleg. Hij denkt dat de schatting van de snelheid van de koper-ionen, ongeveer 280 meter per seconde gaven de onderzoekers op, te hoog is, en suggereert dat de oorzaak waarschijnlijk een standaard chemische reactie is. De spanning kan ook worden veroorzaakt als de koper-ionen gewoon elektronen van het grafeen absorberen, zegt hij.

Xu wijkt niet en is er rotsvast van overtuigd dat de groep de interpretatie van de resultaten correct heeft.
De spanning in het apparaat neemt toe wanneer de oplossing wordt verwarmd en wanneer het wordt blootgesteld aan pulsen van ultrageluid, dat ondersteunt het idee dat de kinetische energie van de ionen verantwoordelijk is voor het voltage, zegt Xu.
Xu en collega’s hebben ook extra testen uitgevoerd om te bewijzen dat er geen andere chemische reacties betrokken waren.

Ik ben er 100% zeker van dat mijn experimenten waar zijn en dat ik dat altijd en overal kan herhalen – Zihan Xu

Nog een geluk, Xu heeft wel nog enkele fans.
Wetenschapper Nikhil Koratkar, van het Rensselaer Polytechnic Institute in New York, meent dat Xu op ‘iets’ gebotst is, en dat hij moet blijven verder werken aan zijn apparaat om te zien of het kan worden opgeschaald.

Koratkar kennen we nog van vorig jaar, toen kwam hij met een gelijkaardige ontdekking toen hij water over een ionen-oplossing deed glijden en daar energie uit puurde.

Ook hier weerlegde Guo echter dat uit zijn eigen proeven bleek dat de spanning het gevolg was van de interactie van de ionen met de elektroden op het grafeen en niet met het grafeen zelf.

Koratkar heeft er alle vertrouwen in dat zowel zijn groep als de Hong Kong-team manieren hebben gevonden om “de symmetrie van grafeen” te doorbreken.

Wetenschapper Yury Gogotsi van de Drexel Universiteit in Philadelphia twijfelt aan het laatste en wijst erop dat het mysterie ”relatief eenvoudig” moet kunnen opgehelderd worden.
“Het apparaat dat omschreven wordt door de groep van Xu is zeer eenvoudig en een groot aantal laboratoria kan de geldigheid van deze resultaten controleren,” zegt hij.

Bron: Nature.com
Foto: nanotechweb.org


3D print schaalmodel structuur grafeen