Investigadores de la Universidad de Osaka han demostrado cómo controlar el flujo de iones a través de una nanomembrana aplicando voltaje al electrodo de puerta, lo que podría conducir a posibles avances en la recolección sostenible de energía azul.
La energía azul ofrece una alternativa sostenible prometedora a los combustibles fósiles al aprovechar la energía generada cuando los iones en una solución salina se mueven de áreas de alta concentración a áreas de baja concentración. Investigadores de la Universidad de Osaka exploraron cómo la aplicación de un voltaje eléctrico afecta el movimiento de iones a través de una membrana a nanoescala, lo que condujo a un mejor control del proceso.
En un estudio publicado recientemente en ACS Nano Los investigadores analizaron el diseño del flujo de iones a través de la serie de nanoporos que forman su membrana, y cómo este control podría hacer realidad la aplicación a gran escala de la tecnología.
Si las membranas están hechas de un material cargado, los nanoporos pueden hacer que la corriente fluya a través de ellos atrayendo iones de solución de carga opuesta. Luego, los iones con la misma carga pueden moverse a través del poro para generar corriente. Esto significa que el material de los poros es muy importante y su elección ha sido el medio para controlar el flujo y la corriente hasta ahora.
Sin embargo, es difícil producir exactamente las mismas estructuras de poros en una variedad de materiales diferentes para comprender su rendimiento comparativo. Entonces los investigadores decidieron investigar otra forma de personalizar el flujo de iones a través de nanomembranas.
Aplicación del voltaje y sus efectos.
«En lugar de utilizar la carga superficial fundamental de nuestra membrana para determinar el flujo, observamos lo que sucede cuando se aplican voltajes», explica el autor principal del estudio, Makusu Tsutsui. «Utilizamos un electrodo de puerta integrado a través de la membrana para controlar el campo a través de la membrana. voltaje de manera similar a cómo funcionan los transistores semiconductores en circuitos convencionales».
Los investigadores descubrieron que cuando no se aplicaba voltaje, la entrada de cationes (iones cargados positivamente) no generaba carga alguna porque eran atraídos hacia la superficie cargada negativamente de la membrana.
Sin embargo, si se aplican diferentes voltajes, este rendimiento se puede ajustar para permitir que los cationes fluyan e incluso proporcionar una selectividad completa a los cationes. Esto resultó en un aumento de seis veces en la eficiencia de la energía osmótica.
“Al mejorar la densidad de carga en la superficie de los nanoporos que forman la membrana, logramos una densidad de potencia de 15 W/m2«Esto es muy alentador en términos de progreso tecnológico», afirma el autor principal, Tomuji Kawai.
Los resultados del estudio revelan el potencial de ampliar el alcance de las nanomembranas para el uso diario. Se espera que los generadores de energía nanoosmótica proporcionen una manera de incorporar la energía azul a la corriente principal para un futuro energético más sostenible.
Referencia: “Generadores de energía nanoosmótica con compuerta omnipresente” por Makusu Tsutsui, Wei-Lun Hsu, Dennis Jarulli, Iat Y. Leung, Kazumichi Yokota, Hirofumi Daigoji y Tomogi Kawai, 28 de mayo de 2024, ACS Nano.
DOI: 10.1021/acsnano.4c01989
El estudio fue financiado por la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia.
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