Wetenschap
Beheersing van ionentransport voor een toekomst van blauwe energie:onderzoek benadrukt het potentieel van nanoporiënmembranen
Blauwe energie heeft het potentieel om een duurzaam alternatief te bieden voor fossiele brandstoffen. Simpel gezegd gaat het om het benutten van de energie die wordt geproduceerd wanneer de ionen in een zoutoplossing van hoge naar lage concentraties gaan.
Een team bestaande uit onderzoekers van de Universiteit van Osaka heeft het effect van spanning op de doorgang van ionen door een membraan met nanoporiën onderzocht om een grotere controle over het proces aan te tonen.
In een onderzoek dat onlangs is gepubliceerd in ACS Nano de onderzoekers keken naar het afstemmen van de stroom van ionen door de reeks nanoporiën waaruit hun membraan bestaat, en hoe deze controle de toepassing van de technologie op grote schaal werkelijkheid zou kunnen maken.
Als de membranen zijn gemaakt van geladen materiaal, kunnen nanoporiën ervoor zorgen dat er stroom doorheen stroomt door oplossingionen met de tegenovergestelde lading aan te trekken. De ionen met dezelfde lading kunnen dan door de porie bewegen en de stroom opwekken. Dit betekent dat het poriemateriaal erg belangrijk is en dat de keuze ervan tot nu toe de manier is geweest om de stroming en stroming te beheersen.
Het produceren van exact dezelfde poriestructuren in een reeks verschillende materialen om hun vergelijkende prestaties te begrijpen, is echter een uitdaging. De onderzoekers besloten daarom een andere manier te onderzoeken om de stroom van ionen door nanoporiënmembranen aan te passen.
"In plaats van simpelweg de basisoppervlaktelading van ons membraan te gebruiken om de stroom te dicteren, hebben we gekeken naar wat er gebeurt als er spanningen worden aangelegd", legt hoofdauteur van het onderzoek, Makusu Tsutsui, uit. "We gebruikten een poortelektrode die over het membraan was ingebed om het veld door middel van spanning te regelen op een vergelijkbare manier als hoe halfgeleidertransistors in conventionele circuits werken."
De onderzoekers ontdekten dat er zonder spanning geen lading werd gegenereerd door de stroom kationen (positief geladen ionen) omdat ze werden aangetrokken door het negatief geladen membraanoppervlak.
Als er echter verschillende spanningen zouden worden toegepast, zou deze prestatie kunnen worden afgestemd om kationen te laten stromen, waarbij zelfs volledige selectiviteit voor kationen zou worden geboden. Dit leidde tot een zesvoudige toename van de osmotische energie-efficiëntie.
"Door de ladingsdichtheid aan het oppervlak van de nanoporiën waaruit het membraan bestaat te verbeteren, hebben we een vermogensdichtheid van 15 W/m 2 bereikt ", zegt senior auteur Tomoji Kawai. "Dit is zeer bemoedigend als het gaat om de vooruitgang van de technologie."
De onderzoeksresultaten onthullen het potentieel voor het opschalen van nanoporiënmembranen voor alledaagse toepassingen. Er wordt gehoopt dat osmotische stroomgeneratoren met nanoporiën een manier zullen bieden om blauwe energie mainstream te maken voor een duurzamere energietoekomst.