Controle over ionentransport voor een duurzame toekomst: Onderzoek benadrukt het potentieel van nanopore-membranen

30 mei 2024

Dit artikel is beoordeeld volgens het redactionele proces en beleid van Science X. Redacteuren hebben de volgende kenmerken benadrukt om de betrouwbaarheid van de inhoud te waarborgen:

• gecontroleerd op feiten
• peer-reviewed publicatie
• betrouwbare bron
• gecorrigeerd

door Osaka University

Blauwe energie heeft het potentieel om een duurzaam alternatief voor fossiele brandstoffen te bieden. In eenvoudige termen gaat het om het benutten van de energie die wordt geproduceerd wanneer de ionen in een zoutoplossing van hoge naar lage concentraties bewegen.

Een team, waaronder onderzoekers van de Universiteit van Osaka, heeft het effect van spanning op de doorgang van ionen door een nanoporie-membraan onderzocht om grotere controle over het proces aan te tonen.

In een onlangs in ACS Nano gepubliceerde studie keken de onderzoekers naar het op maat maken van de stroom van ionen door het array van nanoporiën dat hun membraan vormt, en hoe deze controle de technologie op grote schaal een realiteit zou kunnen maken.

Als de membranen van een geladen materiaal zijn gemaakt, kunnen nanoporiën een stroom door zich heen laten stromen door oplossingsionen met de tegenovergestelde lading aan te trekken. De ionen met dezelfde lading kunnen dan door de porie stromen om de stroom te genereren. Dit betekent dat het poriemateriaal zeer belangrijk is en het kiezen ervan is tot nu toe het middel geweest om de stroom en stroom te beheersen.

Het produceren van exact dezelfde poreuze structuren in verschillende materialen om hun vergelijkende prestaties te begrijpen, is echter een uitdaging. De onderzoekers besloten daarom om een andere manier te onderzoeken om de stroom van ionen over nanoporie-membranen op maat te maken.

'In plaats van simpelweg de basale oppervlaktelading van ons membraan te gebruiken om de stroom te bepalen, keken we wat er gebeurt wanneer er spanningen worden toegepast,' legt de hoofdauteur van de studie, Makusu Tsutsui, uit. 'We gebruikten een gate-elektrode ingebed in het membraan om het veld te beheersen door middel van spanning op een vergelijkbare manier als hoe halfgeleidertransistors werken in conventionele circuits.'

De onderzoekers ontdekten dat als er geen spanning werd toegepast, er geen lading werd gegenereerd door de stroom van kationen - positief geladen ionen - omdat ze werden aangetrokken door het negatief geladen membraanoppervlak.

Echter, als er verschillende spanningen werden toegepast, kon deze prestatie worden afgestemd om kationen te laten stromen, zelfs volledige selectiviteit voor kationen mogelijk te maken. Dit leidde tot een zesvoudige toename in de efficiëntie van de osmotische energie.

'Door de ladingsdichtheid aan het oppervlak van de nanoporiën die het membraan vormen te vergroten, behaalden we een vermogensdichtheid van 15 W/m2,' zegt senior auteur Tomoji Kawai. 'Dit is zeer bemoedigend wat betreft de vooruitgang van de technologie.'

De onderzoeksbevindingen onthullen het potentieel voor het opschalen van nanoporie-membranen voor dagelijkse toepassing. Het is te hopen dat nanoporie-osmotische stroomgeneratoren een methode zullen bieden om blauwe energie mainstream te maken voor een duurzamere energietoekomst.

Tijdschrift informatie: ACS Nano

Verstrekt door Universiteit van Osaka