‘Grafeenbatterij haalt energie uit warmte’

Share Button

Onmogelijk, zegt de gezaghebbende Tweede Hoofdwet. Toch is dit precies wat lijkt te gebeuren in een nieuwe Chinese op grafeen gebaseerde batterij. Een doorbraak of houden Zihan Xu en zijn medewerkers zichzelf (of de lezers) voor de gek?

Groep-Zihan Xu beweert Tweede Hoofdwet te hebben gekraakt
Op kamertemperatuur is de snelheid van moleculen enorm. In een oplossing, bijvoorbeeld, bereiken de snelheden van ionen al gauw honderden meters per seconde. Een zeer interessante energiebron dus. Althans: als je geen rekening houdt met de onverbiddelijke Tweede Hoofdwet van de thermodynamica, die stelt dat er geen vrije energie is te onttrekken aan omgevingswarmte zonder temperatuursverschil. Zihan Xu van de Hong Kong Polytechnic University stelt met een viertal collega’s nu in een artikel op ArXiv.org dat zij er niet alleen in in geslaagd zijn energie te onttrekken aan een oplossing met ionen, maar ook dat in een bruikbaar prototype hebben ondergebracht.

De grafeenbatterij klinkt te mooi om waar te zijn. Botsende koper-II ionen onttrekken omgevingswamrte en zetten deze om in elektriciteit.

De grafeenbatterij klinkt te mooi om waar te zijn. Botsende koper-II ionen onttrekken omgevingswarmte en zetten deze om in elektriciteit.

Botsende ionen wekken energie op
Hun elektrische circuit bestaat uit een LEDje, verbonden met een strook grafeen door middel van een stukje elektriciteitskabel. Ze plaatten het grafeen in een oplossing van koper (II) chloride en keken toe. Het gevolg: de LED begon op te lichten. In feite hadden ze zes circuits nodig om de vereiste 2 volt spanning op te wekken om daarop weer de LED te laten branden.

De verklaring, volgens Zihan en zijn collega’s, is dat de koper-II (Cu2+) ionen in de oplossing met gemiddeld 300 meter per seconde, de snelheid van een verkeersvliegtuig, door de vloeistof razen. Als een ion met deze snelheid tegen het grafeenoppervlak botst, wordt er een elektron losgeslagen uit het grafeen. Het elektron heeft twee opties: het grafeen verlaten en combineren met het koperion of door het grafeen en het elektrische circuit heen reizen.

Naar blijkt, reizen elektronen veel gemakkelijker door grafeen dan door de oplossing, waardoor het elektron de weg van de minste weerstand volgt en het circuit volgt. Dit laat de LED oplichten. In de woorden van Zihan en co: “De vrijgemaakte elektronen reizen liever door het grafeenoppervlak dan terug te leren naar de elektrolyt. Dit is hoe ons ontwerp spanning genereert.”

‘Energie uit omgevingswarmte’
Met andere woorden: de energie die door deze opstelling wordt opgewekt, is afkomstig van omgevingswarmte. Inderdaad rapporteert de groep dat ze er in zijn geslaagd het vermogen op te voeren door verhitting en door ultrageluid. Ze beweren zelfs er in te zijn geslaagd, hun grafeenbatterij gedurende twintig dagen te laten draaien op niets dan afvalwarmte. Dit zou uiteraard buitengewoon sensationeel nieuws zijn.

Echter: sinds de eerste formulering van de Tweede Hoofdwet door de Franse fysicus Sadi Carnot in 1824 is er nog geen één uitzondering op deze wet gevonden. Vandaar dat het verstandig is zeer stevige vraagtekens te zetten bij deze interpretatie van dit meetresultaat en ook alternatieve verklaringen te onderzoeken. Bijvoorbeeld, dat een of andere chemische reactie de energie levert, zoals in een normale batterij.

Zihan en zijn groep beweren echter dat ze deze mogelijkheid hebben uitgesloten met een aantal controle-experimenten. Deze staan echter beschreven in supplementair materiaal dat niet gepubliceerd is op ArXiv. Gezien de uiterst controversiële uitkomsten van dit experiment kunnen de heren hun huiswerk maar beter erg goed doen, want ze krijgen gegarandeerd de hele natuurkundige gemeenschap over zich heen. Aan de andere kant: anderen zijn er al eerder in geslaagd stroom in grafeen op te wekken door er water overheen te laten stromen, dus waarom zouden bewegende ionen niet hetzelfde effect kunnen bereiken?

Perpetuüm mobile?
Overleeft dit experiment de replicatie door andere onderzoekers, dan zijn de mogelijkheden immens. We kunnen dan iets doen dat tot nu toe onmogelijk was: vrije energie onttrekken aan afvalwarmte. Een koelkast die tegelijkertijd stroom levert. Geen moeilijk gedoe meer met windmolens of zonnecellen: ieder huishouden een generator en NUON en dergelijke kunnen de tent sluiten. Onze energieproblemen zouden hiermee in één klap zijn opgelost. Zihan en zijn groep formuleren het als volgt:  “Het vertegenwoordig een grote doorbraak voor het onderzoek naar energiezelfvoorzienende technologie.”

Laten we hopen dat ze gelijk hebben. Maar, zoals gezegd, de Tweede Hoofdwet bleek net als de lichtsnelheid tot nu toe onverbiddelijk. Aan de andere kant: het zal de eerste keer niet zijn dat al eeuwen vaststaande zogeheten “waarheden” met een uitgekiende schop door een eigenwijze wetenschapper aan het wankelen zijn gebracht. Denk aan Galileo Galilei die met een eenvoudig experiment aantoonde dat de duizenden jaren oude en tot dan toe onomstreden theorie van Aristoteles, dat zware voorwerpen sneller vallen dan lichte, onzin is. Wellicht dat door een zeer vernuftige proefopstelling toch de Tweede Hoofdwet te omzeilen is en dat onze eigenwijze vrienden uit Hong Kong hierin als eersten zijn geslaagd.

Bron
Zihan Xu, Guoan Tai, Yungang Zhou, Fei Gao, Kim Hung Wong, Self-Charged Graphene Battery Harvests Electricity from Thermal Energy of the Environment, ArXiv (2012)

Share Button

Germen

Hoofdredacteur en analist (Visionair.nl) Expertise: biologische productiesystemen (master), natuurkunde (gedeeltelijek bachelor), informatica

Dit vind je misschien ook interessant:

15 reacties

  1. Messenger schreef:

    Dit lijkt toch ook enigzings op wat Nikola Tesla probeerde te bereiken met zijn idee/methode om energie af te tappen uit de ionosfeer.

    Tesla had geen grafeen maar was er wel van ovetuigd dat dit kon.

  2. Leo schreef:

    Leuk joh! De eerste toepassing weet ik al: Verlichting van begraafplaatsen en dan noemen we het de grafsteenbatterij

  3. janaa schreef:

    @Messenger

    Ja Tesla is daarna de grond in geboord vanwege de andere belangen die investeerders en overheid hadden. Misschien is Azie wel een betere voedingsbodem om de 2e hoofdwet om te kegelen.

  4. Picobyte schreef:

    De tweede hoofdwet der thermodynamica is incorrect.

    Zij gaat er van uit dat thermische energie zich gedraagt als het niveauverschil tussen twee reservoirs met bv water.
    Er moet warmte/drukverschil zijn om een energiestroom te verkrijgen.
    Warmte is echter aangetoond een trilling te zijn zoals bv vergelijkbaar is met een gyroscoop,meer energie is meer snelheid.
    Trillingen zijn prima om te zetten in elektrische energie zonder enige natuurwet te overtreden.

  5. Kenny schreef:

    Leuk artikel, bedankt Germen
     
    Keshe Foundation zou reeds 48 van deze ‘batterijen’ in gebruik hebben.
    Helaas kan ikzelf niet bevestigen of dit 100 percent klopt.
    Maar mede door dit artikel te lezen vermoed ik dat het wel eens correct zou kunnen zijn.
     
    http://www.keshefoundation.com/nl/
     
     
     

  6. Petter schreef:

    De tweede wet wodt niet verbroken. Sleutelwoorden:omgevingswarmte, werkinf gedurende 20dagen, groter vermogen door tovoeging van warmte en trilling. Er is geen sprake van geisoleerde object. De clou zit hem in de efficientie van omzetting.  Bovendien werkt de tweede wet voor de macrowereld. In de nanowereld zijn de macrowetten flexibeler. Ja zou dit kunnen vergelijken met energie halen uit de golven van de zee.

  7. Picobyte schreef:

    Ik nuanceer mijn eerdere uitspraak.
    Het is mogelijk warmte om te zetten in bruikbare energie bij onze relatief hoge kamertemperatuur.
    De bruikbaarheid ofwel het vermogen per m3 aan warmtemassa neemt toe met het verschil tussen nul kelvin en de werktemperatuur.
    Er is dus nog steeds een niveauverschil benodigd alleen is het onderste niveau nu nul kelvin.

  8. Petter schreef:

    Mocht dit systeem werken, dan is er weliswaar een niveau verschil maar niet in temperatuur. Het verschil zit hem in de makkelijkste weg die de electronen kiezen. Dit zou ook geen pertuum mobile zijn omdat door het losslaan van electronen de betrokken ionen snelheid zullen verliezen en daarmee warmte. Het mengsel in de batterij word kouder.

    Stel een bakje water voor die verbonden is met een ander bak met water. Vervolgens plaats je een lager dan de ander, creatie van verschil, het lager bakje stroomt over en er onstaat een potentie tot energie oogsten. Dit is de normale situatie.
    De grafeenbatterij is meer de volgende opstelling : twee bakjes water zijn aan elkaar verbonden ,communicerende vaten. In een van de bakjes is de bodem geperforeerd. Gevolg het water stroomt uit het lekke bakje. Zolang dit bakje wordt aangevuld, werkt het systeem. De hoeveelheid in de bakjes wordt minder. De totale hoeveelheid water blijft gelijk. Toch kun je energie oogsten maar beperkt tot de totale hoeveelheid water en in de grafeenbatterij de aan wezige warmte of bruikbare snelheid om een electron los te slaan.
    Er is inderdaad een verschil niet in warmte van de batterij tov de omgeving in begin maar bruikbare snelheid ion ten opzichte van onbruikbare snelheid ion, is ook warmte. En in extreme inderdaad tov van nul kelvin. De druk van water die de vloeistof door de geperforeerde bodem drukt is in dit geval de warmte zelf oftewel  de snelheid van de ionen. 

    • Germen schreef:

      Er ontstaat inderdaad geen energie uit het niets. Maar: er ontstaat wel vrije energie uit afvalwarmte, althans: als dit experiment onafhankelijk bevestigd wordt. De entropie in een gesloten systeem daalt, iets dat volgens de Tweeede Hoofdwet van de Thermodynamica onmogelijk is.

      Dat is wel degelijk zeer groot nieuws. Zouden we namelijk in staat zijn energie te onttrekken aan afvalwarmte, zonder dat er een temperatuursverschil is, dan zouden we kunnen beschikken over onafzienbare hoeveelheden energie en het koelingsprobleem hebben opgelost bovendien.

      • Petter schreef:

        Ik denk dat de tweede wet alleen in de macrowereld geldt en alleen van warmte naar warmte, twee van dezelfde energiesoort. Als twee mediums met elkaar worden verbonden middelen ze elkaar uit en is er daarna geen arbeid meer mogelijk omdat het verschil verdwenen is.
        Dit batterij is mijns inziens een soort zonnecel , de ionen gedragen zich als fotonen, ze slaan een electron uit zijn baan en verliezen energie. Het temperatuurverschil tussen de fotonen en de omgeving is in principe niet van belang. 
        Stel een geisoleerde object voor waarbinnen een lichtbundel wordt gevangen. Zonder invloed van buiten zal binnen het object altijd licht zijn en er wordt geen energie omgezet, arbeid verricht. Vervolgens doe je een zonnecel in het object zonder dat je licht verliest. Vervolgens tap je de zonnecel af. Het licht in dit object zal dan verdwijnen. Er is energie omgezet. 
        De tweede wet is hier niet van toepassing. Deze wet zegt voor zover ik hem begrijp alleen iets over mogelijke arbeid door verschil in dezelfde energiesoort, dus warmte -warmte.  Het grafeen beschouw ik als een waterdichte folie die niet luchtdicht is, als je die folie over een bak water spant verlies je water door verdamping, ook hier is er sprake van omzetting, van water naar gas.
        Stel een geisoleerde groot object voor met daarbinnen gevangen een hoeveelheid licht. In dit object a is een kleiner object b met een evenredig hoeveelheid licht. Zou je b de-isoleren dan blijft de lichthoeveelheid per volume gelijk. Zou je echter b geisoleerd houden maar er een zonnecel in plaatsen die een lamp in a laat branden, dan zal de lichthoeveelheid in a toenemen en in b afnemen. 

  9. Synco schreef:

    Het is heel eenvoudig.
    Ooit gehoord van een galvanische cel. Steek een stukje koper en zink in een aardappel en er ontsaat een spanningsverschil waar, bijvoorbeeld, een klokje op kan lopen.
    De onderzoekers hebben goud en zilver als elektrode gebruikt. Goud is edeler dan zilver (net als koper edeler is dan zink) en kan dus ook een galvanische cel vormen. De onderzoekers gebruikte een koperchloride oplossing. Dit is een goede geleider net als de aardappel. De geleidbaarheid van de koperchlorideoplossing en daarmee de opgewekte spanning, is mede afhankelijk van de temperatuur. Dus een hogere tenperatuur zou best tot een andere spanning kunnen leiden. Wat ze dus gecreeerd hebben is een galvanische cel van goud en zilver met koperchloride als elektroliet en grafeen wat waarschijnlijk niets doet.

  10. Gerard Wensink schreef:

    Stel je eens voor dat je met een warmtepomp, en dus energie, warmte en kou produceert, net als met een koelkast dus. Mbv energie maak je dus atomen langzamer (kou), en andere sneller (warm). Flikker je vervolgens de warmte en kou door elkaar, waar is de energie dan gebleven, of komt hier energie bij vrij? Nee dus. Energie gaat toch niet verloren? Dus hoe kan dat dan? Zou je omgekeerd bewegingsenergie van atomen/moleculen kunnen omzetten in bijvoorbeeld elektrische energie, dan klopt er inderdaad iets niet aan bepaalde wetten van de thermodynamica. Theoretisch zou dit echter wel mogelijk moeten zijn. En als je bijvoorbeeld snelle en langzamere atomen/moleculen van elkaar kunt scheiden, precies het omgekeerde van wat er vanwege de chaos theorie de hele dag gebeurt, en je creëert zo een temperatuurverschil, waarmee je vervolgens weer energie mee op kunt wekken, waar komt die energie dan vandaan? Uit het niks dus. Nou, waar die Tesla mee bezig was, was o.a. het elektromagnetisme waaruit die bewegingsenergie dus uit voortkomt. Zo is zelfs het verbranden van brandstof een vorm van elektromagnetisme. Misschien is er allang een molecuul uitgevonden, die als gevolg van bewegingsenergie (warmte), elektronen pomp. En zo gaat energie niet verloren zeggen ze. Het probleem zit hem alleen in het feit dat energie makkelijker van de ene vorm in de andere vorm overgaat, dan van de andere in de ene. Blah blah. Zou mooie uitvinding zijn, energie voor niks. Heeft de olieindustrie al ‘contact’ opgenomen met die wetenschappers? Of houden ze mensen zoals ‘ons’ een beetje lekker bezig? Whahahahaha. Ik heb allang zo’n apparaat thuis staan. Die produceert 5 kilowatt continue en koude lucht. Whahahaha.

  11. Robin schreef:

    Dit is niks nieuw, kristal batterijen doen het zelfde. Zelf heb ik er 2 op mijn bureau staan en ze produceren 1,8 volt per batterij met een joulthief schema kan je een led prima laten branden.

  12. Hannes schreef:

    We zijn nu vier jaar verder. Niks meer over gehoord. Vreemd….

Geef een reactie

Advertisment ad adsense adlogger