Rappresentazione schematica del generatore di energia osmotica a membrana porosa Janus 3D. (A) Processo di preparazione della membrana nanoporosa Janus. (B e D) Struttura chimica (in alto), microstruttura degli ionomeri (al centro), e statistiche della dimensione dei pori e del profilo di adattamento di Gauss (in basso). Gli ionomeri sono PES-Py e PAEK-HS. (C) Osservazione schematica (a sinistra) e al microscopio elettronico a scansione (a destra) della sezione trasversale della struttura asimmetrica con pori 3D. Lo spessore dello strato di PES-Py è di circa 1 μm. (E) Rappresentazione schematica del processo di raccolta dell'energia osmotica sotto un gradiente di concentrazione basato sulla membrana porosa Janus 3D. Credito: Progressi scientifici (2018). DOI:10.1126/sciadv.aau1665
Un team di ricercatori della Jilin University, L'Università di Beihang e l'Accademia cinese delle scienze hanno sviluppato un generatore a membrana più efficiente per la raccolta dell'energia osmotica. Nel loro articolo pubblicato sulla rivista Progressi scientifici , il gruppo descrive il loro generatore e come ha funzionato durante il test.
Gli scienziati sanno da tempo che è possibile generare elettricità per osmosi attraverso una membrana posta tra due corpi d'acqua con diversa salinità. Ricerche precedenti hanno dimostrato che è possibile creare un tale generatore, ma i problemi hanno impedito il suo utilizzo per le applicazioni del mondo reale. In questo nuovo sforzo, i ricercatori riferiscono di aver superato i problemi precedenti e di aver creato un generatore in grado di alimentare una calcolatrice.
Le differenze osmotiche tra acqua salata e acqua dolce consentono la generazione di elettricità:il processo richiede una membrana che consenta il passaggio unidirezionale dell'acqua. Gli sforzi precedenti sono falliti a causa della necessità di pori estremamente piccoli:dimensioni dei pori così piccole hanno richiesto una grande quantità di pressione per far muovere l'acqua attraverso la membrana. In questo nuovo sforzo, i ricercatori hanno superato questo problema utilizzando materiali Janus per creare una membrana tridimensionale porosa e con una carica superficiale regolabile.
Il dispositivo è stato realizzato creando una membrana a doppio strato di due tipi di plastica:uno strato aveva una carica superficiale negativa, l'altro una carica superficiale positiva. I due strati sono stati combinati utilizzando un processo chimico umido seguito da essiccazione. La membrana finale aveva uno spessore di circa 11 micron con pori di diametro compreso tra 8 e 17 nanometri. Nella loro configurazione, ioni carichi con una polarità passati attraverso la membrana, mentre quelli di carica opposta non potevano passare. Il risultato era una corrente netta che scorreva in una sola direzione, impedendogli di rifluire nella membrana.
I test della membrana hanno mostrato che era in grado di generare 2,66 watt per metro quadrato. L'efficienza è stata misurata al 35 per cento. Nel loro modello dimostrativo, la membrana era in grado di alimentare una calcolatrice. I ricercatori sottolineano che la membrana può essere ingrandita, scalare per generare maggiori quantità di elettricità. L'aumento della salinità renderebbe anche il generatore più efficiente.
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