News : Kohlenstoffnanoröhrchen als Energiequelle?

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Wissenschaftler des Massachusetts Institute of Technology haben ein bisher unbekanntes Phänomen entdeckt, auf dessen Basis sich Kohlenstoffnanoröhrchen in Zukunft als Energiequelle nutzen lassen könnten. Die spezifische Energie (d. h. die Energie pro Masseneinheit) soll rund 100 mal höher sein als bei Li-Ionen-Batterien.

Möglich wird dies durch sogenannte Thermoenergiewellen, die entstehen, wenn thermische Wellen mit hoher Geschwindigkeit durch Kohlenstoffnanoröhrchen jagen und dabei große Mengen Ladungsträger mitreißen, wodurch ein Strom entsteht (nicht zu verwechseln mit dem in Kohlenstoff nur schwach ausgeprägten Seebeck-Effekt). Um dies zu erreichen, werden die Kohlenstoffnanoröhrchen mit einem reaktiven Treibstoff beschichtet, der dann an einem Ende mit einem Laser oder einem elektrischen Funken entzündet wird. Die bei der Zersetzung des Treibstoffs entstehende Hitze geht in die Kohlenstoffstruktur über, in der sie sich tausende Male schneller als im Treibstoff ausbreitet. Wenn die Hitze auf den Treibstoff im Rest der Röhre auswirkt entsteht ein 3.000 Kelvin heißer Hitzering, der sich zehntausend mal schneller ausbreitet als die normale Geschwindigkeit dieser chemischen Reaktion und auf seinem Weg durch die Röhre Ladungsträger mit sich reißt. Zumindest ein Teil des Stroms scheint dabei mit der Wellengeschwindigkeit zu skalieren.

Thermische Welle in einem beschichteten Kohlenstoffnanoröhrchen
Thermische Welle in einem beschichteten Kohlenstoffnanoröhrchen

Da sich die Forschung noch am Anfang befindet, können die Forscher über mögliche Anwendungsgebiete derzeit nur spekulieren, nennen aber beispielsweise reiskorngroße Geräte mit Sensoren oder Apparaturen zur Behandlung, die in den Körper injiziert werden oder auch Umweltsensoren, die wie Staub in der Luft verteilt werden. Ein weiterer Vorteil wäre dabei, dass die Energie im Gegensatz zu Batterien bis zur Nutzung theoretisch unendlich lange gespeichert werden könnte. Mit größeren Anordnungen solcher Drähte ließen sich theoretisch aber auch größere Geräte betreiben. Bis dahin muss jedoch unter anderem noch die Effizienz erhöht werden, da aktuell noch ein Großteil der Energie in Form von Licht und Hitze abgegeben wird. Aktuell versuchen die Forscher durch andere Brennstoffe eine oszillierende Wellenfront und Wechselstrom zu erzeugen.