Controllare il trasporto degli ioni per un futuro energetico blu: la ricerca evidenzia il potenziale delle membrane nanoporose

30 maggio 2024

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da Osaka University

L'energia blu ha il potenziale di fornire un'alternativa sostenibile ai combustibili fossili. In termini semplici, comporta lo sfruttamento dell'energia prodotta quando gli ioni di una soluzione salina si spostano da concentrazioni alte a basse.

Un team che include ricercatori dell'Università di Osaka ha sondato l'effetto della tensione sul passaggio di ioni attraverso una membrana nanoporosa per dimostrare un maggiore controllo del processo.

In uno studio recentemente pubblicato in ACS Nano, i ricercatori hanno esaminato come personalizzare il flusso di ioni attraverso l'insieme di nanopori che compongono la loro membrana e come questo controllo potrebbe rendere possibile l'applicazione della tecnologia su larga scala.

Se le membrane sono fatte di un materiale carico, i nanopori possono far scorrere una corrente attraverso di essi attirando ioni di soluzione con carica opposta. Gli ioni con la stessa carica possono quindi muoversi attraverso il poro generando la corrente. Questo significa che il materiale del poro è molto importante e sceglierlo è stato sino ad ora il modo di controllare il flusso e la corrente.

Tuttavia, produrre le stesse precise strutture dei pori in una serie di materiali diversi per capire le loro prestazioni comparative è impegnativo. I ricercatori hanno quindi deciso di indagare un altro modo di personalizzare il flusso di ioni attraverso le membrane nanoporose.

'Invece di utilizzare semplicemente la carica superficiale di base della nostra membrana per dettare il flusso, abbiamo guardato cosa succede quando si applicano delle tensioni', spiega l'autore principale dello studio Makusu Tsutsui. 'Abbiamo utilizzato un elettrodo di gate incorporato attraverso la membrana per controllare il campo attraverso la tensione in modo simile a come funzionano i transistor a semiconduttore nei circuiti convenzionali.'

I ricercatori hanno scoperto che senza tensione applicata non c'era carica generata dal flusso di cationi - ioni positivamente carichi - perché erano attratti dalla superficie della membrana negativamente carica.

Tuttavia, se si applicavano tensioni diverse, questa performance poteva essere sintonizzata per consentire ai cationi di fluire, fornendo persino una completa selettività per i cationi. Questo ha portato a un aumento della efficienza energetica osmotica di sei volte.

'Potenziando la densità di carica sulla superficie dei nanopori che compongono la membrana, abbiamo ottenuto una densità di potenza di 15 W/m2,' dice l'autore senior Tomoji Kawai. 'Questo è molto incoraggiante per quanto riguarda l'evoluzione della tecnologia.'

I risultati dello studio rivelano il potenziale di scalare le membrane nanoporose per l'applicazione quotidiana. Si spera che i generatori di potenza osmotica a nanopori offriranno un mezzo per portare l'energia blu nel mainstream per un futuro energetico più sostenibile.

Informazioni sulla rivista: ACS Nano

Fornito da Osaka University