p O cada vez mais humilde nanotubo de carbono pode ser apenas o dispositivo para tornar os painéis solares - e qualquer outra coisa que perca energia por meio do calor - muito mais eficientes. p Os cientistas da Rice University estão projetando matrizes de nanotubos de carbono de parede única alinhados para canalizar a radiação infravermelha média (também conhecida como calor) e aumentar significativamente a eficiência dos sistemas de energia solar.

p Gururaj Naik e Junichiro Kono, da Brown School of Engineering de Rice, introduziram sua tecnologia em ACS Photonics .

p Sua invenção é um emissor térmico hiperbólico que pode absorver calor intenso que, de outra forma, seria expelido na atmosfera, comprima-o em uma largura de banda estreita e emita-o como luz que pode ser transformada em eletricidade.

p A descoberta depende de outra do grupo de Kono em 2016, quando encontrou um método simples para fazer altamente alinhado, filmes em escala de wafer de nanotubos compactados.

p Discussões com Naik, que se juntou ao Rice em 2016, levou a dupla para ver se os filmes poderiam ser usados ​​para direcionar "fótons térmicos".

p "Os fótons térmicos são apenas fótons emitidos por um corpo quente, "Kono disse." Se você olhar para algo quente com uma câmera infravermelha, você vê isso brilhar. A câmera está capturando esses fótons termicamente excitados. "

p A radiação infravermelha é um componente da luz solar que fornece calor ao planeta, mas é apenas uma pequena parte do espectro eletromagnético. "Qualquer superfície quente emite luz como radiação térmica, "Naik disse." O problema é que a radiação térmica é de banda larga, enquanto a conversão de luz em eletricidade é eficiente apenas se a emissão estiver em uma faixa estreita.

p "O desafio era espremer os fótons de banda larga em uma banda estreita, " ele disse.

p Os filmes de nanotubos apresentaram uma oportunidade de isolar fótons do infravermelho médio que, de outra forma, seriam desperdiçados. "Essa é a motivação, "Naik disse." Um estudo realizado por Chloe Doiron (co-autora e estudante de pós-graduação da Rice) descobriu que cerca de 20% de nosso consumo de energia industrial é calor residual. São cerca de três anos de eletricidade apenas para o estado do Texas. É muita energia sendo desperdiçada.

p "A maneira mais eficiente de transformar calor em eletricidade agora é usar turbinas, e vapor ou algum outro líquido para conduzi-los, ", disse ele." Eles podem dar a você quase 50% de eficiência de conversão. Nada mais nos aproxima disso, mas esses sistemas não são fáceis de implementar. "Naik e seus colegas pretendem simplificar a tarefa com um sistema compacto sem partes móveis.

p Os filmes de nanotubos alinhados são conduítes que absorvem o calor residual e o transformam em fótons de largura de banda estreita. Como os elétrons nos nanotubos só podem viajar em uma direção, as películas alinhadas são metálicas nessa direção, enquanto isolam na direção perpendicular, um efeito que Naik chamou de dispersão hiperbólica. Os fótons térmicos podem atingir o filme de qualquer direção, mas só pode sair por um.

p "Em vez de passar do calor diretamente para a eletricidade, vamos do calor à luz e à eletricidade, "Naik disse." Parece que dois estágios seriam mais eficientes do que três, mas aqui, Esse não é o caso."

p Naik disse que adicionar os emissores às células solares padrão pode aumentar sua eficiência a partir do pico atual de cerca de 22%. "Ao espremer toda a energia térmica desperdiçada em uma pequena região espectral, podemos transformá-lo em eletricidade de forma muito eficiente, "disse ele." A previsão teórica é que podemos obter 80% de eficiência. "

p Os filmes de nanotubos são adequados para a tarefa porque resistem a temperaturas de até 1, 700 graus Celsius (3, 092 graus Fahrenheit). A equipe de Naik construiu dispositivos de prova de conceito que lhes permitiam operar a até 700 C (1, 292 F) e confirme sua saída de banda estreita. Fazê-los, a equipe modelou matrizes de cavidades em escala submicrônica nos filmes do tamanho de um chip.

p "Há uma série de ressonadores, e cada um deles emite fótons térmicos apenas nesta janela espectral estreita, "Naik disse." Nosso objetivo é coletá-los usando uma célula fotovoltaica e convertê-la em energia, e mostrar que podemos fazer isso com alta eficiência. "