Нанофлюїдний пристрій генерує енергію за допомогою солоної води

Уздовж узбережжя світу існує ще невикористане джерело енергії: різниця в солоності морської та прісної води. Новий нанопристрій може використовувати цю різницю для виробництва енергії.

Група дослідників з Університету Іллінойсу в Урбані-Шампейні повідомила в журналі Nano Energy про конструкцію нанофлюїдного пристрою, здатного перетворювати іонний потік на корисну електроенергію. Команда вважає, що їх пристрій можна використовувати для отримання енергії з природних іонних потоків на межі морської та прісної води.

“Хоча на даному етапі наш проект все ще є концепцією, він досить універсальний і вже демонструє великий потенціал для застосування в енергетиці”, – сказав Жан-П’єр Лебертон, професор електротехніки та комп’ютерної інженерії Університету Іллінойсу та керівник проекту. «Все почалося з академічного питання: «Чи може нанорозмірне твердотільне пристрій отримувати енергію з іонного потоку?» — але наша конструкція перевершила наші очікування та багато в чому здивувала нас».

Коли зустрічаються дві водойми з різною солоністю, наприклад, там, де річка впадає в океан, молекули солі природно перетікають від вищої концентрації до нижчої концентрації. Енергію цих потоків можна зібрати, оскільки вони складаються з електрично заряджених частинок, які називаються іонами, які утворюються з розчиненої солі.

Група Лебертона розробила нанорозмірний напівпровідниковий пристрій, в якому використовується явище, яке називається «кулонівським опором», між поточними іонами та електричними зарядами у пристрої. Коли іони проходять через вузький канал пристрою, електричні сили змушують заряди пристрою переміщатися з одного боку на іншу, створюючи напругу та електричний струм.

Дослідники виявили дві дивовижні поведінки під час моделювання свого пристрою. По-перше, хоча вони очікували, що кулонівський опір виникатиме в першу чергу за рахунок сили тяжіння між протилежними електричними зарядами, моделювання показало, що пристрій працює однаково добре, якщо електричні сили відштовхуються. Як позитивно, і негативно заряджені іони сприяють опору.

“Не менш примітним є те, що наше дослідження показує, що існує ефект посилення”, – сказав Мінге Сюн, аспірант з групи Лебертона і провідний автор дослідження. «Оскільки іони, що рухаються, настільки масивні в порівнянні з зарядами пристрою, іони повідомляють зарядам великий імпульс, посилюючи основний струм».

Дослідники також виявили, що ці ефекти не залежать від конкретної конфігурації каналу, а також вибору матеріалів, за умови, що діаметр каналу досить вузький, щоб забезпечити близькість між іонами та зарядами.

Дослідники перебувають у процесі патентування своїх результатів та вивчають, як масиви цих пристроїв можуть масштабуватися для практичного виробництва електроенергії.

“Ми вважаємо, що щільність потужності масиву пристроїв може відповідати або перевищувати щільність потужності сонячних елементів”, – сказав Лебертон. «І це не кажучи вже про потенційні додатки в інших областях. Джерело