Schematisk skildring av Janus 3D porösa membranbaserade osmotiska kraftgenerator. (A) Förberedelseprocess för Janus nanoporösa membran. (B och D) Kemisk struktur (överst), mikrostruktur av jonomerer (mitten), och statistik över porstorlek och Gauss passningsprofil (nederst). Jonomererna är PES-Py och PAEK-HS. (C) Schematisk (vänster) och svepelektronmikroskopi observation (höger) av tvärsnittet av den asymmetriska strukturen med 3D-porer. Tjockleken på PES-Py-skiktet är cirka 1 μm. (E) Schematisk skildring av skördens osmotiska energiprocess under en koncentrationsgradient baserad på Janus 3D porösa membran. Kreditera: Vetenskapens framsteg (2018). DOI:10.1126/sciadv.aau1665
Ett team av forskare från Jilin University, Beihang University och den kinesiska vetenskapsakademin har utvecklat en mer effektiv membranbaserad generator för att skörda osmotisk kraft. I deras papper publicerad i tidskriften Vetenskapens framsteg , gruppen beskriver sin generator och hur bra den fungerade när den testades.
Forskare har sedan en tid tillbaka vetat att det är möjligt att generera elektricitet genom osmos genom ett membran som ligger mellan två vattenförekomster med olika salthalt. Tidigare forskning har visat att det är möjligt att skapa en sådan generator, men problem har förhindrat användningen för verkliga applikationer. I denna nya ansträngning, forskarna rapporterar att de har övervunnit tidigare problem och skapat en generator som kan driva en miniräknare.
De osmotiska skillnaderna mellan salt och sötvatten möjliggör generering av elektricitet - processen kräver ett membran som tillåter enkelriktad passage av vattnet. Tidigare ansträngningar har misslyckats på grund av behovet av extremt små porer - så små porstorlekar har krävt ett stort tryck för att få vattnet att röra sig genom membranet. I denna nya ansträngning, forskarna har övervunnit detta problem genom att använda Janus-material för att skapa ett tredimensionellt membran som är poröst och har en avstämbar ytladdning.
Enheten tillverkades genom att skapa ett dubbelskiktsmembran av två sorters plast - ett lager hade en negativ ytladdning, den andra en positiv ytladdning. De två skikten kombinerades med användning av en våtkemisk process följt av torkning. Det slutliga membranet var ungefär 11 mikrometer tjockt med porer som sträckte sig från 8 till 17 nanometer i diameter. I deras konfiguration, laddade joner med en polaritet passerade genom membranet, medan de av den motsatta laddningen inte kunde passera igenom. Resultatet var en nettoström som flödade i bara en riktning, förhindrar att det rinner tillbaka in i membranet.
Testning av membranet visade att det kunde generera 2,66 watt per kvadratmeter. Verkningsgraden uppmättes till 35 procent. I deras demonstrationsmodell, membranet kunde driva en miniräknare. Forskarna påpekar att membranet kan göras större, att skala upp för att generera större mängder el. Att öka salthalten skulle också göra generatorn mer effektiv.
© 2018 Science X Network
