(Phys.org) —Quando l'idrogeno viene prodotto dall'acqua durante l'elettrolisi, parte dell'energia viene persa sotto forma di minuscole bolle. In un nuovo studio, i ricercatori hanno dimostrato che i transistor a 25 nm, così piccoli da essere considerati a dimensione zero (0D), possono essere utilizzati per trasformare questa energia persa in impulsi elettrici. Milioni di questi transistor 0D potrebbero essere utilizzati per rilevare singole bolle e generare impulsi elettrici con un'efficienza ottimale, raccogliere parte dell'energia persa durante l'elettrolisi e renderla disponibile per altri usi.

I ricercatori, Nicolas Clément al CNRS di Villeneuve d'Ascq, Francia, e i suoi coautori, hanno pubblicato il loro articolo sull'utilizzo di transistor 0D per raccogliere energia dalle bolle in un recente numero di Nano lettere .

Essendo uno degli approcci più promettenti per la produzione di idrogeno come fonte di combustibile, l'elettrolisi comporta l'applicazione di una corrente elettrica all'acqua per separare gli atomi di ossigeno e idrogeno. Durante l'elettrolisi, si formano bolle di gas, causando una certa perdita di energia.

"Tutti i meccanismi di perdita di energia durante l'elettrolisi non sono completamente compresi, "Clément ha detto Phys.org. "Un tale dispositivo, abbinato a fotocamere ad alta precisione, può migliorare la comprensione in futuro. Le fonti di perdita di energia sono la diffusione dell'idrogeno nell'acqua o il movimento di controioni attorno agli elettrodi durante l'emissione di bolle".

Per dimostrare come i transistor 0D possono recuperare parte di questa energia, i ricercatori hanno messo una goccia di 0,2 microlitri di acqua salata in un microbagno. Sotto, hanno posizionato un transistor e due elettrodi. Sotto una tensione applicata, bolle di idrogeno relativamente piccole (18-24-μm) sono state emesse al catodo, mentre all'anodo venivano emesse bolle di cloro più grandi. L'aumento della tensione ha comportato un aumento della frequenza di emissione delle bolle.

I transistor 0D potrebbero rilevare singole bolle, e la dimensione della bolla potrebbe essere valutata analizzando i cambiamenti nella corrente. Rilevando le bolle, i transistor trasformavano l'energia della bolla in impulsi elettrici. In teoria, 2 milioni di transistor 0D potrebbero stare sotto il microbagno, che si traduce in una potenza di impulso di uscita di 500 ?W e un'efficienza di potenza di impulso di circa il 99%.

"Ci sono tre novità, "Clément ha detto. "In primo luogo, usiamo un transistor 0D in liquido mentre i ricercatori si sono precedentemente concentrati su transistor 2D o 1D (come i nanofili). Secondo, mostriamo che possiamo rilevare elettricamente singole bolle, che è di grande importanza per gli elettrochimici per comprendere e ottimizzare i processi elettrochimici. Terzo, mostriamo che raccogliamo l'energia persa per generare impulsi elettrici con un'efficienza ottimale. Storicamente, alcuni ricercatori hanno cercato di recuperare parte dell'energia persa durante la produzione di idrogeno utilizzando un apparato rotante (si possono trovare diversi brevetti). Qui proponiamo un nuovo modo".

La capacità di rilevare minuscole bolle e convertirle in impulsi elettrici potrebbe avere una varietà di applicazioni, come i dispositivi lab-on-chip per lo stoccaggio dell'idrogeno. Un'altra potenziale applicazione è in fisiologia, poiché il segnale elettrico ha un'ampiezza simile a quella del potenziale d'azione in un neurone. Qui, il sistema potrebbe essere utilizzato come generatore di potenziale d'azione artificiale per eseguire la stimolazione neuronale locale con ampiezza e frequenza sintonizzabili.

Nel futuro, i ricercatori hanno in programma di dimostrare altre applicazioni con transistor 0D e comprendere meglio il loro comportamento nei liquidi.

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