Wat zijn thermocellen?
Op het eenvoudigste niveau zetten thermocellen warmte om in elektriciteit. Er zijn veel manieren om warmte om te zetten in elektriciteit die momenteel wordt gebruikt, zoals die bij kerncentrales worden gezien. Thermocellen kunnen worden onderscheiden van de apparaten die momenteel worden gebruikt door de manier waarop de conversie van de ene vorm van energie naar de andere is voltooid. Een thermocel bestaat uit een anode en een kathode, beide elektroden. Elektroden zijn materialen die elektriciteit kunnen geleiden.
De omzetting van warmte in elektriciteit die optreedt als elektronen binnen een thermocel stromen, is afhankelijk van een fenomeen dat voor het eerst werd opgemerkt in de 19e eeuw door een Pruisische wetenschapper genaamd Thomas Johann Seebeck. Hij merkte op dat circuits bestaande uit twee ongelijksoortige metalen geleiders elektriciteit zullen geleiden wanneer de overeenkomstige gebieden waar de geleiders elkaar raken op verschillende temperaturen worden gehouden. Terwijl warmte wordt toegevoerd aan een van de twee geleiders, stromen de verwarmde elektronen naar de koelere. Dit levert een kleine, maar meetbare hoeveelheid spanning op. Hoewel Seebeck ten onrechte ervan uitging dat het waargenomen effect een magnetisch effect was, hebben wetenschappers later vastgesteld dat het een elektrisch effect was.
Het soort reactie dat plaatsvindt in een thermocel wordt ook een redox of oxidatie- en reductiereactie genoemd. Dit type chemische reactie wordt gekenmerkt door respectievelijk het verlies of de versterking van een of meer elektronen door een atoom of molecuul. In het geval van thermocellen is het de stroom van elektronen van de verwarmde geleider naar de koelere geleider die de elektrische stroom produceert, of de verwarmde geleider verliest elektronen aan de koelere.
Gewone celbatterijen produceren ook elektrische energie met behulp van redoxreacties. Sulfaten van twee ongelijke metalen, zoals koper en zink, worden in contact gebracht zodat de ontstane chemische reactie ervoor zorgt dat elektronen van het ene contactpunt naar het andere stromen. De opgewekte elektrische stroom vloeit in tegengestelde richting van de elektronen. Momenteel produceert deze reactie elektrische energie veel efficiënter dan een thermocel.
Ondanks de huidige inefficiënties wordt er veel onderzoek gedaan naar de mogelijke toepassingen van thermocellen. Dit komt door het feit dat veel andere vormen van energieproductie nog steeds grote hoeveelheden restwarmte produceren. Een thermocel is een van de weinige apparaten die elektrische energie produceert uit warmte, dus een van de doelen is dat thermocellen kunnen worden gebruikt om afvalwarmte terug te winnen en om te zetten in bruikbare hoeveelheden elektrische energie.