(Phys.org) —Wanneer waterstof wordt geproduceerd uit water tijdens elektrolyse, er gaat wat energie verloren als kleine belletjes. In een nieuwe studie, onderzoekers hebben aangetoond dat 25-nm transistors - zo klein dat ze als nuldimensionaal (0D) worden beschouwd - kunnen worden gebruikt om deze verloren energie om te zetten in elektrische pulsen. Miljoenen van deze 0D-transistors kunnen worden gebruikt om individuele bellen te detecteren en elektrische pulsen te genereren met een optimale efficiëntie, het verzamelen van een deel van de energie die verloren gaat bij elektrolyse en het beschikbaar stellen voor ander gebruik.

De onderzoekers, Nicolas Clément bij CNRS in Villeneuve d'Ascq, Frankrijk, en zijn co-auteurs, hebben hun paper gepubliceerd over het gebruik van 0D-transistors om energie uit bubbels te halen in een recent nummer van Nano-letters .

Als een van de meest veelbelovende benaderingen voor de productie van waterstof als brandstofbron, elektrolyse omvat het toepassen van een elektrische stroom op water om de zuurstof- en waterstofatomen te scheiden. Tijdens elektrolyse, gasbellen worden gevormd, wat energieverlies veroorzaakt.

"Alle mechanismen van energieverlies tijdens elektrolyse zijn niet volledig begrepen, " vertelde Clement Phys.org. "Zo'n apparaat, gecombineerd met uiterst nauwkeurige camera's, kan in de toekomst het begrip verbeteren. Bronnen van energieverlies zijn ofwel diffusie van waterstof in water of beweging van tegenionen rond elektroden tijdens de emissie van bellen."

Om te demonstreren hoe 0D-transistoren een deel van deze energie kunnen terugwinnen, de onderzoekers plaatsten een druppel zout water van 0,2 microliter in een microbad. Onder, ze plaatsten een transistor en twee elektroden. Onder een aangelegde spanning, relatief kleine (18-24-?m) waterstofbellen werden uitgezonden aan de kathode, terwijl grotere chloorbellen aan de anode werden uitgestoten. Het verhogen van de spanning resulteerde in een toename van de belemissiefrequentie.

De 0D-transistors kunnen individuele bellen detecteren, en de belgrootte zou kunnen worden geëvalueerd door veranderingen in de stroom te analyseren. Door de bubbels te detecteren, de transistoren zetten de bellenenergie om in elektrische pulsen. In theorie, 2 miljoen 0D-transistors passen onder het microbad, wat resulteert in een uitgangspulsvermogen van 500 ?W en een pulsvermogensefficiëntie van ongeveer 99%.

"Er zijn drie nieuwigheden, ' zei Clément. 'Eerst, we gebruiken een 0D-transistor in vloeistof, terwijl onderzoekers zich eerder hebben gericht op 2D- of 1D-transistors (zoals nanodraden). Tweede, laten we zien dat we elektrisch enkele bellen kunnen detecteren, wat voor elektrochemici van groot belang is om elektrochemische processen te begrijpen en te optimaliseren. Derde, we laten zien dat we verloren energie verzamelen om elektrische pulsen te genereren met een optimale efficiëntie. historisch, sommige onderzoekers hebben geprobeerd een deel van de energie die verloren gaat tijdens de waterstofproductie te verzamelen met behulp van een roterend apparaat (er zijn verschillende patenten te vinden). Hier stellen we een nieuwe manier voor."

Het vermogen om kleine belletjes te detecteren en om te zetten in elektrische pulsen kan verschillende toepassingen hebben, zoals lab-on-chip-apparaten voor waterstofopslag. Een andere mogelijke toepassing is in de fysiologie, omdat het elektrische signaal een vergelijkbare amplitude heeft als die van het actiepotentiaal in een neuron. Hier, het systeem zou kunnen worden gebruikt als een kunstmatige actiepotentiaalgenerator om lokale neuronstimulatie uit te voeren met instelbare amplitude en frequentie.

In de toekomst, de onderzoekers zijn van plan om andere toepassingen met 0D-transistors te demonstreren en hun gedrag in vloeistof beter te begrijpen.

© 2013 Fysio.org. Alle rechten voorbehouden.