Sähköä ruosteen avulla

06.08.2019

ruoste-vesi-2_001-R-300.jpgSähkön tuottamiseksi on monia tapoja - paristot, aurinkopaneelit, tuulivoimalat ja vesivoimalaitokset ja nyt myös ruoste.

Caltechin ja Northwestern Universityn tutkijoiden tekemä uusi tutkimus osoittaa, että ohuet ruostekalvot - rautaoksidi - voivat tuottaa sähköä, kun suolavesi virtaa niiden yli. Nämä kalvot edustavat täysin uutta tapaa tuottaa sähköä, ja niitä voidaan käyttää kehittämään uusia kestävän sähköntuotannon muotoja.

Metalliyhdisteiden ja suolaveden väliset vuorovaikutukset tuottavat usein sähköä, mutta tämä johtuu yleensä kemiallisesta reaktiosta, jossa yksi tai useampi yhdiste muunnetaan uusiksi yhdisteiksi. Näiden kaltaiset reaktiot ovat paristojen perusteita.

Sitä vastoin Caltechin kemian professori Tom Millerin ja Northwesternin kemian professori Franz Geigerin löytämä ilmiö ei sisällä kemiallisia reaktioita, vaan muuntaa virtaavan suolaisen veden kineettisen energian sähköksi.

Ilmiö, elektrokineettinen vaikutus, on havaittu aikaisemmin ohuissa grafeenikalvoissa ja se on huomattavasti tehokas. Vaikutus on noin 30 prosenttisen tehokas muuntamaan kineettisen energian sähköksi.

Grafeenikalvoja on kuitenkin vaikea valmistaa ja skaalata käytännölliseen kokoon. Millerin ja Geigerin löytämät rautaoksidikalvot ovat suhteellisen helppo valmistaa ja skaalata suurempiin kokoihin.

Fysikaalinen höyrystyssaostus (PVD) antoi tutkijoille mahdollisuuden luoda 10 nanometrin paksuinen rautakerros. Kun metallikalvo poistetaan PVD-laitteesta, ruoste muodostui itsestään ilmanalassa noin 2 nanometrin paksuiseksi.

Kun ruosteella päällystetyn raudan yli virtautettiin eri pitoisuuksien suolavesiliuoksia, he huomasivat, että se tuotti useita kymmeniä millivoltteja ja useita mikroampeereita per neliösenttimetri.

"Löydön kannalta levyt, joiden pinta-ala on 10 neliömetriä, tuottaisivat muutaman kilowatin tunnissa - tarpeeksi tavalliselle Yhdysvaltaiselle kodille", Miller toteaa. "Tietenkin vähemmän vaativat sovellukset, mukaan lukien pienitehoiset laitteet syrjäisissä paikoissa, ovat lupaavammat lähitulevaisuudessa."

Sähköntuotannon takana oleva mekanismi on monimutkainen, sisältäen ionien adsorption ja desorption, mutta se toimii perustaltaan kun suolavedessä olevat ionit houkuttelevat ruostekerroksen alla olevia raudan elektroneja mukaansa jolloin syntyy sähkövirtaa.

Miller sanoo, että tämä vaikutus voi olla hyödyllinen erityisissä tilanteissa, joissa on liikkuvia suolaliuosratkaisuja, kuten valtameressä tai ihmiskehossa.

"Esimerkiksi vuoroveden energiaa tai meressä keikkuvia poijuja voitaisiin käyttää passiiviseen sähköenergian muuntamiseen", hän visioi. "Ihmiskehossa on suolavettä, joka virtaa suonissasi määräajoin pulsseina. Sitä voitaisiin käyttää tuottamaan sähköä implanttien virran tuottamiseksi."

Aiheesta aiemmin:

Ruosteesta nopeampia mikropiirejä

Merivedellä toimiva akku

12.12.2019Hiili ja pii jakavat ja yhdistävät fotoneja
11.12.2019Timanttien avulla parempia superkonkkia
10.12.2019Sähköis-optista tietotekniikkaa
09.12.2019Lämpösähköä hiilinanoputkilla
09.12.2019Valokuitua selluloosasta
05.12.2019Näppärä terahertsinen tekniikka
04.12.2019Palamattomia litium-akkuja
03.12.2019Bittejä ja simulointia atomien mittakaavassa
02.12.2019Metallijohde Cooperin pareilla
29.11.2019Plasmoniikan avulla edullinen monispektrikamera

Siirry arkistoon »