Kontrolowanie transportu jonów na rzecz niebieskiej przyszłości energetycznej: badania podkreślają potencjał membran nanoporowych

30 maja 2024

Ten artykuł został zrecenzowany zgodnie z procesem redakcyjnym i politykami Science X. Redaktorzy podkreślili następujące atrybuty, zapewniając wiarygodność treści:

• sprawdzone fakty
• publikacja recenzowana przez kolegów
• zaufane źródło
• skorygowane

przez Uniwersytet w Osace

Niebieska energia ma potencjał, by dostarczyć zrównoważoną alternatywę dla paliw kopalnianych. W prostych słowach, polega to na wykorzystaniu energii wytworzonej, gdy jony w roztworze soli przemieszczają się z miejsc o wysokim do niskiego stężenia.

Zespół, w skład którego wchodzili badacze z Uniwersytetu w Osace, zbadał wpływ napięcia na przepływ jonów przez membranę z nanoporami, aby wykazać większą kontrolę nad tym procesem.

W niedawno opublikowanym badaniu w ACS Nano badacze przyjrzaeli się kształtowaniu przepływu jonów przez szereg nanoporów tworzących ich membranę i badali, jak kontrola może umożliwić zastosowanie tej technologii na dużą skalę.

Jeśli membrany są wykonane z naładowanego materiału, nanopory mogą powodować przepływ prądu przez nie, przyciągając jony roztworu o przeciwnym ładunku. Jony o tym samym ładunku mogą następnie przechodzić przez por, generując prąd. Oznacza to, że materiał poru jest bardzo ważny i do tej pory wybieranie go było środkiem kontroli przepływu i prądu.

Produkcja jednakowych struktur porów w różnych materiałach, aby zrozumieć ich porównawcze wyniki, jest jednak trudna. Dlatego badacze zdecydowali się zbadać inny sposób kształtowania przepływu jonów przez membrany z nanoporami.

'Zamiast po prostu używać podstawowego ładunku powierzchni naszej membrany, przyjrzeliśmy się temu, co się dzieje, gdy są stosowane napięcia' - wyjaśnia główny autor badania, Makusu Tsutsui. 'Użyliśmy elektrody bramkowej wbudowanej w membranę, aby sterować polem poprzez napięcie podobnie jak w konwencjonalnych układach przy użyciu tranzystorów półprzewodnikowych.'

Badacze odkryli, że bez zastosowania napięcia nie było ładunku generowanego przez przepływ kationów - jonów naładowanych dodatnio - ponieważ były one przyciągane do naładowanej ujemnie powierzchni membrany.

Jednak jeśli zastosowano różne napięcia, można było dostroić tę wydajność, aby umożliwić przepływ kationów, nawet zapewniając pełną selektywność dla kationów. Doprowadziło to do sześciokrotnego wzrostu efektywności energetycznej osmozy.

'Zwiększając gęstość ładunku na powierzchni nanoporów składających się na membranę, osiągnęliśmy gęstość mocy 15 W/m2' - mówi starszy autor, Tomoji Kawai. 'To jest bardzo zachęcające pod kątem rozwoju technologii.'

Wyniki badania pokazują potencjał dla skalowania membran nanoporów do codziennych zastosowań. Mamy nadzieję, że nanoporowe generatory energii osmotycznej zapewnią sposób na wprowadzenie niebieskiej energii do głównego nurtu na rzecz bardziej zrównoważonej przyszłości energetycznej.

Informacje o czasopiśmie: ACS Nano

Dostarczane przez: Uniwersytet w Osace