Graphen: Neue Horizonte für Energieversorgung

Dotiertes Graphen

Die Erforschung der Eigenschaften von zweidimensionalen Materialien, insbesondere von Graphen, eröffnet Möglichkeiten für die Entwicklung bahnbrechender Technologien in verschiedenen Bereichen. Vorrangige Bereiche für solche Technologien sind Energiewandlung, Energiespeicherung und Elektomobilität.

Trotz 20 Jahren intensiver internationaler Forschung zu Graphen gibt es fast jedes Jahr neue Veröffentlichungen, die bisher unbekannte Eigenschaften dieses Materials enthüllen. Diese Entdeckungen eröffnen neue Möglichkeiten für die Entwicklung revolutionärer Technologien und machen Graphen zu einem der dynamischsten Forschungsgebiete in Wissenschaft und Technik. Weltweit gibt es Zehntausende von Veröffentlichungen zu diesem Thema.

In Graphen verhalten sich Elektronen, als hätten sie keine Masse, obwohl sie tatsächlich Masse besitzen. Dieses ungewöhnliche Verhalten wird durch die Quantenmechanik beschrieben, in der Elektronen als Materiewellen betrachtet werden. Dadurch erreichen die Ladungsträger eine außergewöhnlich hohe Mobilität. Zudem hat Graphen einzigartige Eigenschaften: Es leitet Strom und Wärme (etwa 5000 W/m-K) extrem gut, ist äußerst fest und kann sich um bis zu 20 % seiner ursprünglichen Länge dehnen. Auch seine optischen Eigenschaften sind bemerkenswert.

Graphen hat die bemerkenswerte Fähigkeit, unter dem Einfluss von künstlichen und natürlichen Strahlungsfeldern in einem breiten Wellenlängenbereich elektrischen Strom zu erzeugen. Diese Eigenschaft macht es zu einem vielversprechenden Material für die Stromerzeugung in verschiedenen Geräten. Wissenschaftler der National University of Singapore, unter der Leitung von D.A. Bandurin, haben in ihren Untersuchungen gezeigt, dass Graphen unter Terahertz-Strahlung elektrische Eigenschaften aufweist, die seine Anwendung noch attraktiver machen.

Untersuchungen zur Terahertz-Strahlung

• Dirac-Elektronen und Terahertz-Strahlung: Die Studie zeigt, dass Dirac-Elektronen in Graphen, wenn sie kontinuierlicher Terahertz-Strahlung (THz) ausgesetzt sind, thermisch vom Kristallgitter getrennt werden können. Dies aktiviert den hydrodynamischen Transfer von Elektronen.
• Superballistischer Elektronenfluss: In diesem Zustand sinkt der Widerstand von Grapheneinschnürungen aufgrund des durch THz-Strahlung induzierten superballistischen Flusses korrelierter Elektronen.
• Viskoser Elektronenfluss: Es wird vermutet, dass sich die Elektronen in Graphen wie eine einzige Flüssigkeit verhalten können, die interagiert und sich gemeinsam bewegt. Die Viskosität dieses Elektronenflusses nimmt unter dem Einfluss von Terahertz-Strahlung ab, wodurch die “Flüssigkeit der Elektronen” flüssiger wird.

Diese Erkenntnisse eröffnen neue Möglichkeiten für die Nutzung von Graphen in der Energieerzeugung und könnten zu effizienteren und vielseitigeren Anwendungen führen.

Die Schlussfolgerungen der Neutrino Energy Group stimmen mit den Erkenntnissen über die Fähigkeit von Graphen überein, unter dem Einfluss verschiedener Umgebungsstrahlungen des unsichtbaren Spektrums, einschließlich Terahertz-Strahlung, sowie durch die thermische Bewegung der Graphen-Atome elektrischen Strom zu erzeugen. Wissenschaftler aus Singapur führten ihre Experimente mit einlagigem Graphen durch, das mit zusätzlichen Elektronen dotiert wurde, um ihm metallische Eigenschaften zu verleihen. Das Ergebnis dieser Experimente war die Entwicklung des ersten praktischen Geräts, das einen viskosen Elektronenfluss zur Detektion von THz-Wellen nutzt.

Im Gegensatz dazu zielt die Forschung der wissenschaftlichen Mitarbeiter der Neutrino Energy Gruppe darauf ab, eine praktische Technologie zur brennstofffreien Stromerzeugung aus Graphen zu entwickeln. Erste Experimente in frühen Jahren zeigten jedoch, dass einlagiges Graphen nicht genügend Energie erzeugt, um eine industrielle Umsetzung der Technologie zu ermöglichen. Die Lösung bestand in der Entwicklung eines mehrschichtigen Nanomaterials, das aus abwechselnden Schichten von Graphen und Silizium mit Dotierungselementen besteht. Diese Schichten werden auf einer Seite einer Metallfolie aufgebracht, wobei der Volumenanteil von Graphen zwischen 50 und 75 % liegt.

Graphen als mehrschichtiges Nanomaterial

Die Wissenschaftler der Neutrino Energy Group haben eine bahnbrechende Technologie entwickelt, die auf Graphen basiert und eine brennstofffreie Stromerzeugung ermöglicht. Diese Innovation könnte die Grundlage für eine dezentrale Energieversorgung bilden. In den letzten Jahren hat sich die Entwicklung von der Erfindung zur industriellen Produktion der Neutrino Power Cubes, einer Art Generator, erheblich weiterentwickelt. Der erste Schritt in dieser Entwicklung ist die Produktion von Stromerzeugern ohne Brennstoff mit einer Leistung von 5 – 6 kW (Neutrino Power Cube), wofür bereits Aufträge für die Jahre 2025-2026 abgeschlossen sind. Die Vorteile des Neutrino Power Cube gegenüber herkömmlichen Stromerzeugungstechnologien, einschließlich Solar- und Windkraftanlagen, sind:

• Graphen-Stromquelle: Keine Schutz- und Betriebskosten erforderlich
• Abmessungen des Neutrino Power Cube: ca. 800 x 500 x 900 mm
• Lebensdauer: ca. 15 - 20 Jahre
• Anschlüsse: Geräte mit Gleich- und Wechselstrom: ~380/220/48/24 V (AC), Gleichstrom -48/24 V (DC).
• Stromerzeugung: Im Dauerbetrieb 24 Stunden am Tag, 7 Tage pro Woche, 365 Tage im Jahr
• Aufbau: Geräuscharmer Betrieb, keine rotierenden Teile
• Netzanschluss: Autonom arbeitend, brennstofffreie Stromerzeugung, kein Netzanschluss erforderlich
• Platzierung: In der Nähe des Verbrauchsortes, dadurch Vermeidung von Transportverlusten in den Stromnetzen

Diese Erkenntnisse eröffnen neue Möglichkeiten für die Nutzung von Graphen in der Energieerzeugung und könnten zu effizienteren und vielseitigeren Anwendungen führen.

Die kontinuierliche aktive Erforschung der Eigenschaften von Graphen, der Technologien seiner Herstellung sowie die Erforschung anderer zweidimensionaler Materialien verspricht das Entstehen neuer bedeutender Technologien, aber die Graphen-Technologie Neutrinovoltaik ist der unbestrittene Führer in der praktischen Anwendung von Graphen im Bereich der Energieerzeugung.

Autor: Rumyantsev L. K., n-n-n.ru

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