Representación esquemática del generador de energía osmótica basado en membrana porosa Janus 3D. (A) Proceso de preparación de la membrana nanoporosa Janus. (B y D) Estructura química (arriba), microestructura de ionómeros (centro), y estadísticas de tamaño de poro y perfil de ajuste de Gauss (abajo). Los ionómeros son PES-Py y PAEK-HS. (C) Observación esquemática (izquierda) y de microscopía electrónica de barrido (derecha) de la sección transversal de la estructura asimétrica con poros 3D. El espesor de la capa de PES-Py es de aproximadamente 1 μm. (E) Representación esquemática del proceso de recolección de energía osmótica bajo un gradiente de concentración basado en la membrana porosa Janus 3D. Crédito: Avances de la ciencia (2018). DOI:10.1126 / sciadv.aau1665
Un equipo de investigadores de la Universidad de Jilin, La Universidad de Beihang y la Academia de Ciencias de China han desarrollado un generador basado en membranas más eficiente para recolectar energía osmótica. En su artículo publicado en la revista Avances de la ciencia , el grupo describe su generador y qué tan bien funcionó cuando se probó.
Los científicos saben desde hace algún tiempo que es posible generar electricidad por ósmosis a través de una membrana situada entre dos cuerpos de agua con diferente salinidad. Investigaciones anteriores han demostrado que es posible crear un generador de este tipo, pero los problemas han impedido su uso para aplicaciones del mundo real. En este nuevo esfuerzo, los investigadores informan que han superado problemas anteriores y han creado un generador capaz de alimentar una calculadora.
Las diferencias osmóticas entre el agua salada y dulce permiten la generación de electricidad; el proceso requiere una membrana que permita el paso del agua en un solo sentido. Los esfuerzos anteriores se han quedado cortos debido a la necesidad de poros extremadamente pequeños; estos tamaños de poros tan pequeños han requerido una gran cantidad de presión para que el agua se mueva a través de la membrana. En este nuevo esfuerzo, los investigadores han superado este problema utilizando materiales Janus para crear una membrana tridimensional que es porosa y tiene una carga superficial sintonizable.
El dispositivo se fabricó mediante la creación de una membrana de doble capa de dos tipos de plástico:una capa tenía una carga superficial negativa, el otro una carga superficial positiva. Las dos capas se combinaron mediante un proceso químico húmedo seguido de secado. La membrana final tenía aproximadamente 11 micrones de espesor con poros que variaban de 8 a 17 nanómetros de diámetro. En su configuración, iones cargados con una polaridad pasaron a través de la membrana, mientras que los de la carga opuesta no pudieron pasar. El resultado fue una corriente neta que fluía en una sola dirección, impidiendo que fluya hacia la membrana.
Las pruebas de la membrana mostraron que era capaz de generar 2,66 vatios por metro cuadrado. La eficiencia se midió al 35 por ciento. En su modelo de demostración, la membrana era capaz de alimentar una calculadora. Los investigadores señalan que la membrana se puede hacer más grande, para escalar para generar mayores cantidades de electricidad. El aumento de la salinidad también haría que el generador fuera más eficiente.
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