Araştırma nano gözenekli membranların potansiyelini vurguluyor

Mavi enerji, fosil yakıtlara sürdürülebilir bir alternatif sağlama potansiyeline sahiptir. Basit bir ifadeyle, bir tuz çözeltisindeki iyonlar yüksek konsantrasyonlardan düşük konsantrasyonlara doğru hareket ettiğinde üretilen enerjiden yararlanmayı içerir.

Osaka Üniversitesi’nden araştırmacıların da dahil olduğu bir ekip, süreç üzerinde daha fazla kontrol sağlamak için voltajın iyonların nanomembrandan geçişi üzerindeki etkisini inceledi.

Yakın zamanda yapılan bir çalışmada yayınlanan içinde ACS Nano Araştırmacılar, iyonların zarlarını oluşturan nanogözenek dizisi boyunca akışını tasarlamayı ve bu kontrolün, teknolojinin büyük ölçekli uygulamasını nasıl gerçeğe dönüştürebileceğini incelediler.

Membranlar yüklü bir malzemeden yapılmışsa, nanogözenekler zıt yüklü çözelti iyonlarını çekerek bir akımın içlerinden geçmesine neden olabilir. Aynı yüke sahip iyonlar daha sonra gözenek boyunca hareket ederek bir akım oluşturabilir. Bu, gözenekli malzemenin çok önemli olduğu ve bugüne kadar akış ve akımı kontrol etme yönteminin tercih edildiği anlamına gelir.

Bununla birlikte, aynı gözenekli yapıların farklı malzemelerden üretilmesi, karşılaştırmalı performanslarının anlaşılması açısından zordur. Bu nedenle araştırmacılar, iyonların nano-gözenek zarları boyunca akışını uyarlamanın başka bir yolunu keşfetmeye karar verdiler.

Araştırmanın başyazarı Makusu Tsutsui şöyle açıklıyor: “Akışı yönlendirmek için sadece membranımızın temel yüzey yükünü kullanmak yerine, voltaj uygulandığında ne olduğuna baktık.” “Yarı iletken transistörlerin geleneksel devrelerde çalışmasına benzer şekilde, alanı voltaj yoluyla kontrol etmek için membran boyunca entegre bir elektrik kapısı kullandık.”

Araştırmacılar, herhangi bir voltaj uygulanmadığında, katyonların (pozitif yüklü iyonlar) akışı tarafından herhangi bir yük oluşmadığını, çünkü bunların membranın negatif yüklü yüzeyine çekildiğini buldular.

Ancak farklı voltajlar uygulanırsa bu performans katyonların akışına izin verecek ve hatta katyonlara tam seçicilik sağlayacak şekilde ayarlanabilir. Bu, ozmotik enerji verimliliğinde altı kat artışla sonuçlandı.

“Membranı oluşturan nanogözeneklerin yüzeyindeki yük yoğunluğunu artırarak 15 W/m2’lik bir güç yoğunluğuna ulaştık.²Kıdemli yazar Tomogi Kawai, “Bu, teknolojideki ilerleme açısından oldukça cesaret verici” diyor.

Çalışma sonuçları, nano gözenekli membranların günlük kullanım için ölçeklendirilmesi potansiyelini ortaya koyuyor. Nano-ozmotik enerji jeneratörlerinin, daha sürdürülebilir bir enerji geleceği için mavi enerjiyi ana akım haline getirmenin bir yolunu sağlayacağı umulmaktadır.