Células solares modernas, que utilizan energía de la luz para generar electrones y huecos que luego se transportan fuera de los materiales semiconductores hacia circuitos externos para uso humano, han existido de una forma u otra durante más de 60 años. Se ha prestado poca atención sin embargo, a la promesa de utilizar la luz para impulsar otro proceso de generación de electricidad:el transporte de protones e hidróxidos con carga opuesta obtenidos al disociar moléculas de agua. Investigadores en Estados Unidos informan de tal diseño, que tiene una aplicación prometedora en la producción de electricidad para convertir el agua salobre en potable, el 15 de noviembre en la revista Joule .

Los investigadores, dirigido por el autor principal Shane Ardo, un profesor asistente de química, Ingeniería Química, y Ciencia de los Materiales en la Universidad de California, Irvine, escriben que han creado un "análogo iónico a la célula solar electrónica de unión pn, "aprovechando la luz para explotar el comportamiento semiconductor del agua y generar electricidad iónica. Esperan utilizar un mecanismo de este tipo para fabricar un dispositivo que desaliniza directamente el agua salada al exponerse a la luz solar".

"Hubo otros experimentos que datan de la década de 1980 que fotoexcitaron materiales para hacer pasar una corriente iónica a través de ellos, y estudios teóricos dijeron que esas corrientes deberían poder alcanzar los mismos niveles que sus análogos electrónicos, pero ninguno funcionó tan bien, "dice el primer autor William White, estudiante de posgrado en el grupo de investigación de Ardo.

En este caso, los investigadores lograron más éxito al permitir que el agua penetrara a través de dos membranas de intercambio iónico, uno que transportaba principalmente iones cargados positivamente (cationes) como protones y uno que transportaba principalmente iones cargados negativamente (aniones) como hidróxidos, funcionando como un par de puertas químicas para lograr la separación de carga. Al iluminar el sistema con un láser, las moléculas de colorante orgánico sensibles a la luz se unieron a la membrana para liberar protones, que luego se transportó al lado más ácido de la membrana y produjo una corriente iónica medible y voltajes de más de 100 mV en algunos casos (60 mV en promedio).

A pesar de cruzar el umbral de fotovoltaje de 100 mV a veces, el nivel de corriente eléctrica que puede alcanzar el sistema de doble membrana sigue siendo su principal limitación. El fotovoltaje debería aumentarse en más de otro factor de dos para alcanzar la marca de ~ 200 mV necesaria para desalinizar el agua de mar. un objetivo que los investigadores son optimistas acerca de alcanzar.

"Todo se reduce a la física fundamental de cuánto tiempo persisten los portadores de carga antes de recombinarse para formar agua, "Dice Ardo." Conociendo las propiedades del agua, podemos diseñar de manera más inteligente una de estas interfaces de membrana bipolar para que podamos maximizar el voltaje y la corriente ".

A la larga, La desalinización es solo una posible aplicación de la bomba de protones sintética impulsada por luz desarrollada por los investigadores. También podría tener potencial para interactuar con dispositivos electrónicos, o incluso para alimentar la señalización en interfaces cerebro-máquina y otras "células cyborg" que combinan tejido vivo y circuitos artificiales, un papel que no pueden desempeñar las células solares tradicionales, que son inestables en los sistemas biológicos.

"Hemos tenido muchas ideas sobre para qué se podría usar esta tecnología; es solo una cuestión de aprender lo suficiente para cruzar campos y hacer que el dispositivo funcione para las aplicaciones previstas, ", dice Ardo." Creo que este es solo otro ejemplo de lo que puede hacer cuando tiene científicos que están capacitados en muchas disciplinas y piensan fuera de la caja ".