Ionikuljetuksen hallintaa sinisen energian tulevaisuudelle

Sinisellä energialla on potentiaalia tarjota kestävä vaihtoehto fossiilisille polttoaineille. Yksinkertaisesti sanottuna se sisältää sen energian hyödyntämisen, joka syntyy, kun suolaliuoksessa olevat ionit siirtyvät korkeista pitoisuuksista pieniin.

Ryhmä, johon kuuluu Osakan yliopiston tutkijoita, on tutkinut jännitteen vaikutusta ionien kuljetuksen nanohuokoskalvon läpi osoittaakseen prosessin paremman hallinnan.

Äskettäin ACS Nanossa julkaistussa tutkimuksessa tutkijat tarkastelivat ionien virtauksen räätälöintiä heidän kalvon muodostavien nanohuokosten läpi ja kuinka tämä ohjaus voisi tehdä teknologia suuressa mittakaavassa todellisuutta.

Jos kalvot on valmistettu varautuneesta materiaalista, nanohuokoset voivat saada virran kulkemaan niiden läpi houkuttelemalla vastakkaisen varauksen omaavia liuosioneja. Saman varauksen omaavat ionit voivat sitten liikkua huokosten läpi muodostaen virran.

Tämä tarkoittaa, että huokosmateriaali on erittäin tärkeä ja sen valinnalla on ratkaistu tähän asti virtauksen ja virran hallinta.

Täsmälleen samojen huokosrakenteiden valmistaminen useista eri materiaaleista on kuitenkin haastavaa ymmärtääkseen niiden vertailukelpoisen suorituskyvyn. Siksi tutkijat päättivät tutkia toista tapaa räätälöidä ionien virtausta nanohuokoskalvojen läpi.

"Sen sijaan, että olisimme käyttäneet yksinkertaisesti kalvomme peruspintavarausta sanelemaan virtausta, tarkastelimme, mitä tapahtuu, kun jännitteitä käytetään", selittää tutkimuksen johtaja Makusu Tsutsui.

"Käytimme kalvon poikki upotettua hilaelektrodia ohjaamaan kenttää jännitteen kautta samalla tavalla kuin puolijohdetransistorit toimivat tavanomaisissa piireissä."

Tutkijat havaitsivat, että ilman jännitettä kationien - positiivisesti varautuneiden ionien - virtaus ei synnyttänyt varausta, koska ne vetivät puoleensa negatiivisesti varautuneen kalvon pintaa.

Kuitenkin, jos käytettäisiin erilaisiajännitteitä, tämä suorituskyky voitaisiin virittää sallimaan kationien virtaus, jopa tarjoamalla täydellisen selektiivisyyden kationeille. Tämä johti kuusinkertaiseen osmoottisen energiatehokkuuden kasvuun.

"Parantamalla varaustiheyttä kalvon muodostavien nanohuokosten pinnalla saavutimme tehotiheyden 15 W/m2 ", sanoo vanhempi kirjoittaja Tomoji Kawai. "Tämä on erittäin rohkaisevaa tekniikan kehityksen kannalta."

Tutkimustulokset paljastavat potentiaalin skaalata nanohuokoisia kalvoja jokapäiväiseen käyttöön. Toivotaan, että nanohuokoiset osmoottiset sähkögeneraattorit tarjoavat keinon tuoda sininen energia valtavirtaan kestävämmän energian tulevaisuuden kannalta.

Aiheesta aiemmin:

Sähköenergiaa tippa kerrallaan

Neuroverkkolaskentaa vedessä

Ioneista käyttövoimaa droneille ja biosiruille