Onderzoekers van McGill University hebben een techniek gedemonstreerd die de productie van robuuste, hoogwaardige membranen om een ​​overvloedige bron van hernieuwbare energie te benutten.

Blauwe energie, ook wel osmotische energie genoemd, maakt gebruik van de energie die van nature vrijkomt wanneer twee oplossingen met verschillende zoutgehalten zich vermengen - omstandigheden die zich voordoen op talloze locaties over de hele wereld waar zoet en zout water samenkomen.

De sleutel tot het opvangen van blauwe energie ligt in selectief permeabele membranen, die slechts één bestanddeel van een zoutwateroplossing doorlaten - ofwel de watermoleculen of de opgeloste zoutionen - maar niet de andere.

Een probleem van schaal

Daten, grootschalige projecten voor blauwe energie, zoals de Noorse Statkraft-energiecentrale, werden belemmerd door de slechte efficiëntie van de bestaande membraantechnologie. In het laboratorium, onderzoekers hebben membranen ontwikkeld van exotische nanomaterialen die veelbelovend zijn gebleken in termen van de hoeveelheid stroom die ze kunnen genereren in verhouding tot hun grootte. Maar het blijft een uitdaging om van deze verdwijnend dunne materialen componenten te maken die groot genoeg en sterk genoeg zijn om aan de eisen van praktijktoepassingen te voldoen.

In resultaten onlangs gepubliceerd in Nano-letters , een team van McGill-natuurkundigen heeft een techniek gedemonstreerd die de weg kan openen om deze uitdaging te overwinnen.

"Bij ons project we wilden het inherente mechanische fragiliteitsprobleem oplossen en tegelijkertijd gebruikmaken van de uitzonderlijke selectiviteit van dunne 2D-nanomaterialen door een hybride membraan te fabriceren gemaakt van hexagonale boornitride (hBN) monolagen ondersteund door siliciumnitridemembranen, " verklaarde hoofdauteur Khadija Yazda, een postdoctoraal onderzoeker bij de afdeling Natuurkunde van McGill.

Door McGill gemaakte tool vergemakkelijkt onderzoek

Om het gewenste kenmerk van selectieve permeabiliteit te bereiken, Yazda en haar collega's gebruikten een bij McGill ontwikkelde techniek genaamd tip-controlled local breakdown (TCLB) om meerdere microscopisch kleine gaten te "boren", of nanoporiën, in hun membraan. In een voorschot op eerder onderzoek dat zich richtte op experimentele prototypes met een enkele nanoporie, het McGill-team was in staat om de snelheid en precisie van TCLB te benutten om membranen met meerdere nanoporiën in verschillende configuraties van poriegrootte voor te bereiden en te onderzoeken, nummer en afstand.

"Onze experimenten met porie-porie-interactie in nanoporiën-arrays laten zien dat de optimale membraanselectiviteit en algehele vermogensdichtheid wordt verkregen met een porieafstand die de behoefte aan een hoge poriedichtheid in evenwicht houdt, terwijl een grote hoeveelheid geladen oppervlak (≥ 500 nm) rondom elke porie behouden blijft. , ' zei Yazda.

Na met succes een reeks van 20 bij 20 poriën te hebben geproduceerd op een membraanoppervlak van 40 µm² groot, de onderzoekers zeggen dat de TCLB-techniek kan worden gebruikt om veel grotere arrays te produceren.

"Een natuurlijke volgende stap voor dit onderzoek is om te proberen deze aanpak op te schalen, niet alleen voor grootschalige krachtcentrales, maar ook in nano- of micro-energiegeneratoren, ' zei Yazda.