La energía azul tiene el potencial de proporcionar una alternativa sostenible a los combustibles fósiles. En términos simples, implica aprovechar la energía producida cuando los iones en una solución salina pasan de concentraciones altas a bajas.
Un equipo que incluye investigadores de la Universidad de Osaka ha investigado el efecto del voltaje en el paso de iones a través de una membrana de nanoporos para demostrar un mayor control del proceso.
En un estudio publicado recientemente en ACS Nano Los investigadores analizaron cómo adaptar el flujo de iones a través de la serie de nanoporos que forman su membrana y cómo este control podría hacer realidad la aplicación de la tecnología a gran escala.
Si las membranas están hechas de un material cargado, los nanoporos pueden hacer que fluya una corriente a través de ellos atrayendo iones de la solución con carga opuesta. Los iones con la misma carga pueden luego moverse a través del poro generando la corriente. Esto significa que el material de los poros es muy importante y elegirlo ha sido el medio para controlar el flujo y la corriente hasta la fecha.
Sin embargo, producir exactamente las mismas estructuras de poros en una variedad de materiales diferentes para comprender sus desempeños comparativos es un desafío. Por lo tanto, los investigadores decidieron investigar otra forma de adaptar el flujo de iones a través de las membranas de nanoporos.
"En lugar de simplemente utilizar la carga superficial básica de nuestra membrana para dictar el flujo, observamos lo que sucede cuando se aplican voltajes", explica el autor principal del estudio, Makusu Tsutsui. "Utilizamos un electrodo de puerta incrustado a lo largo de la membrana para controlar el campo a través del voltaje de forma similar a cómo funcionan los transistores semiconductores en los circuitos convencionales".
Los investigadores descubrieron que sin aplicar voltaje no se generaba carga por el flujo de cationes (iones cargados positivamente) porque eran atraídos por la superficie de la membrana cargada negativamente.
Sin embargo, si se aplicaran voltajes diferentes, este rendimiento podría ajustarse para permitir que los cationes fluyan, incluso proporcionando una selectividad completa para los cationes. Esto condujo a un aumento de seis veces en la eficiencia energética 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/m 2 ", dice el autor principal Tomoji Kawai. "Esto es muy alentador en términos de avance de la tecnología".
Los hallazgos del estudio revelan el potencial de escalar membranas de nanoporos para aplicaciones diarias. Se espera que los generadores de energía osmótica de nanoporos proporcionen un medio para incorporar la energía azul a la corriente principal para un futuro energético más sostenible.
