Controlando el transporte de iones para un futuro de energía azul: la investigación resalta el potencial de las membranas de nanoporos

30 de mayo de 2024

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por la Universidad de Osaka

La energía azul tiene el potencial de proporcionar una alternativa sostenible a los combustibles fósiles. En términos sencillos, implica aprovechar la energía producida cuando los iones en una solución salina se mueven de altas a bajas concentraciones.

Un equipo que incluye investigadores de la Universidad de Osaka ha investigado el efecto del voltaje en el paso de iones a través de una membrana de nanoporos para demostrar un mayor control del proceso.

En un estudio recientemente publicado en ACS Nano, los investigadores examinaron cómo adaptar el flujo de iones a través del conjunto de nanoporos que componen su membrana y cómo este control podría hacer que la aplicación de la tecnología a gran escala sea una realidad.

Si las membranas están hechas de un material cargado, los nanoporos pueden generar una corriente al atraer iones de solución con la carga opuesta. Los iones con la misma carga pueden moverse a través del poro generando la corriente. Esto significa que el material del poro es muy importante y su elección ha sido hasta ahora el medio para controlar el flujo y la corriente.

Sin embargo, producir exactamente las mismas estructuras de poros en una variedad de materiales diferentes para entender sus rendimientos comparativos es un desafío. Por lo tanto, los investigadores decidieron investigar otra forma de adaptar el flujo de iones a través de las membranas de nanoporos.

'En lugar de simplemente usar la carga superficial básica de nuestra membrana para dictar el flujo, observamos qué sucede cuando se aplican voltajes', explica el autor principal del estudio, Makusu Tsutsui. 'Utilizamos un electrodo de compuerta incrustado en la membrana para controlar el campo a través del voltaje de una manera similar a cómo funcionan los transistores de semiconductores en los circuitos convencionales.'

Los investigadores descubrieron que sin voltaje aplicado no se generaba carga por el flujo de cationes, iones cargados positivamente, porque se sentían atraídos por la superficie de la membrana cargada negativamente.

Sin embargo, si se aplicaban diferentes voltajes, esta capacidad podría ser ajustada para permitir el flujo de cationes, incluso proporcionando total selectividad para cationes. Esto condujo a un aumento de seis veces en la eficiencia energética osmótica.

'Al aumentar la densidad de carga en la superficie de los nanoporos que componen la membrana, logramos una densidad de potencia de 15 W/m2', dice el autor principal, Tomoji Kawai. 'Esto es muy alentador en términos de avanzar la tecnología.'

Los hallazgos del estudio revelan el potencial de las membranas de nanoporos para su aplicación cotidiana. Se espera que los generadores de energía osmótica de nanoporos proporcionen un medio para llevar la energía azul al mainstream para un futuro energético más sostenible.

Información de la revista: ACS Nano

Proporcionado por Universidad de Osaka