Un team composto da ricercatori dell'Università di Osaka ha studiato l'effetto della tensione sul passaggio degli ioni attraverso una membrana di nanopori per dimostrare un maggiore controllo del processo.

In uno studio recentemente pubblicato su ACS Nano i ricercatori hanno esaminato la personalizzazione del flusso di ioni attraverso la serie di nanopori che compongono la loro membrana e il modo in cui questo controllo potrebbe rendere realtà l'applicazione della tecnologia su larga scala.

Se le membrane sono costituite da un materiale carico, i nanopori possono far fluire una corrente attraverso di esse attirando ioni in soluzione con carica opposta. Gli ioni con la stessa carica possono quindi spostarsi attraverso il poro generando la corrente. Ciò significa che il materiale dei pori è molto importante e la sua scelta è stata fino ad oggi il mezzo per controllare il flusso e la corrente.

Tuttavia, produrre le stesse identiche strutture dei pori in una gamma di materiali diversi per comprenderne le prestazioni comparative è impegnativo. I ricercatori hanno quindi deciso di studiare un altro modo per personalizzare il flusso di ioni attraverso le membrane dei nanopori.

"Invece di utilizzare semplicemente la carica superficiale di base della nostra membrana per dettare il flusso, abbiamo osservato cosa accade quando vengono applicate le tensioni", spiega l'autore principale dello studio Makusu Tsutsui. "Abbiamo utilizzato un elettrodo di gate incorporato nella membrana per controllare il campo attraverso la tensione in modo simile a come funzionano i transistor a semiconduttore nei circuiti convenzionali."

I ricercatori hanno scoperto che senza tensione applicata non veniva generata alcuna carica dal flusso di cationi (ioni caricati positivamente) perché erano attratti dalla superficie della membrana caricata negativamente.

Tuttavia, se venissero applicate tensioni diverse, questa prestazione potrebbe essere regolata per consentire il flusso dei cationi, fornendo anche una selettività completa per i cationi. Ciò ha portato ad un aumento di sei volte dell'efficienza energetica osmotica.

"Migliorando la densità di carica sulla superficie dei nanopori che compongono la membrana, abbiamo raggiunto una densità di potenza di 15 W/m ² ", afferma l'autore senior Tomoji Kawai. "Ciò è molto incoraggiante in termini di progresso della tecnologia."

I risultati dello studio rivelano il potenziale di ridimensionamento delle membrane a nanopori per l'applicazione quotidiana. Si spera che i generatori di energia osmotica a nanopori forniscano un mezzo per portare l'energia blu nel mainstream per un futuro energetico più sostenibile.