Contrôler le transport des ions pour un avenir énergétique bleu : La recherche met en évidence le potentiel des membranes à nanopores

30 Mai, 2024

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par l'Université d'Osaka

L'énergie bleue a le potentiel de fournir une alternative durable aux combustibles fossiles. En termes simples, elle consiste à exploiter l'énergie produite lorsque les ions d'une solution saline passent de hautes à basses concentrations.

Une équipe comprenant des chercheurs de l'Université d'Osaka a étudié l'effet de la tension sur le passage des ions à travers une membrane nanopore pour démontrer un contrôle accru du processus.

Dans une étude récemment publiée dans ACS Nano, les chercheurs ont étudié comment personnaliser le flux d'ions à travers le réseau de nanopores qui compose leur membrane, et comment ce contrôle pourrait rendre possible l'application de la technologie à grande échelle.

Si les membranes sont faites d'un matériau chargé, les nanopores peuvent provoquer un courant en attirant les ions de solution de charge opposée. Les ions de même charge peuvent alors traverser le pore générant le courant. Cela signifie que le matériau du pore est très important et le choisir a été le moyen de contrôler le flux et le courant à ce jour.

Toutefois, produire exactement les mêmes structures de pores dans une gamme de matériaux différents pour comprendre leurs performances comparatives est un défi. Les chercheurs ont donc décidé d'étudier une autre façon de personnaliser le flux d'ions à travers les membranes à nanopores.

‘Au lieu de simplement utiliser la charge de surface de base de notre membrane pour dicter le flux, nous avons examiné ce qui se passe lorsque des tensions sont appliquées,’ explique l'auteur principal de l'étude, Makusu Tsutsui. ‘Nous avons utilisé une électrode de grille intégrée à travers la membrane pour contrôler le champ à travers la tension, de manière similaire à la façon dont les transistors à semi-conducteurs fonctionnent dans les circuits conventionnels.’

Les chercheurs ont constaté qu'en l'absence de tension appliquée, aucune charge n'était générée par le flux de cations - ions chargés positivement - parce qu'ils étaient attirés par la surface de la membrane chargée négativement.

Cependant, si différentes tensions étaient appliquées, cette performance pourrait être ajustée pour permettre aux cations de circuler, offrant même une sélectivité complète pour les cations. Cela a entraîné une augmentation de six fois de l'efficacité énergétique osmotique.

‘En améliorant la densité de charge à la surface des nanopores qui composent la membrane, nous avons atteint une densité de puissance de 15 W/m2,’ déclare l'auteur principal Tomoji Kawai. ‘C'est très encourageant en termes de progression de la technologie.’

Les résultats de l'étude révèlent le potentiel pour l'adaptation des membranes à nanopores pour une application quotidienne. On espère que les générateurs d'énergie osmotique à nanopores fourniront un moyen d'amener l'énergie bleue dans le courant dominant pour un avenir énergétique plus durable.

Informations sur le journal : ACS Nano

Fourni par l'Université d'Osaka