(Phys.org) —När väte produceras från vatten under elektrolys, viss energi går förlorad som små bubblor. I en ny studie, forskare har visat att 25-nm transistorer - så små att de anses vara nolldimensionella (0D) - kan användas för att omvandla denna förlorade energi till elektriska pulser. Miljontals av dessa 0D-transistorer skulle kunna användas för att detektera enskilda bubblor och generera elektriska pulser med optimal effektivitet, samla in en del av den energi som förloras under elektrolysen och göra den tillgänglig för annan användning.

Forskarna, Nicolas Clément på CNRS i Villeneuve d'Ascq, Frankrike, och hans medförfattare, har publicerat sin artikel om att använda 0D-transistorer för att skörda energi från bubblor i ett färskt nummer av Nanobokstäver .

Som en av de mest lovande metoderna för att producera väte som bränslekälla, elektrolys innebär att en elektrisk ström appliceras på vatten för att separera syre- och väteatomerna. Under elektrolys, gasbubblor bildas, orsakar viss energiförlust.

"Alla mekanismer för energiförlust under elektrolys är inte helt förstådda, " berättade Clément Phys.org. "En sådan anordning, kombinerat med högprecisionskameror, kan förbättra förståelsen i framtiden. Källor till energiförlust är antingen diffusion av väte i vatten eller rörelse av motjoner runt elektroder under bubbelemission."

För att visa hur 0D-transistorer kan återvinna en del av denna energi, forskarna placerade en droppe på 0,2 mikroliter saltvatten i ett mikrobad. Under, de placerade en transistor och två elektroder. Under en pålagd spänning, relativt små (18-24-?m) vätebubblor släpptes ut vid katoden, medan större klorbubblor släpptes ut vid anoden. Ökning av spänningen resulterade i en ökning av bubbelemissionsfrekvensen.

0D-transistorerna kunde upptäcka enskilda bubblor, och bubbelstorlek skulle kunna utvärderas genom att analysera förändringar i ström. Genom att upptäcka bubblorna, transistorerna omvandlade bubbelenergin till elektriska pulser. I teorin, 2 miljoner 0D-transistorer kan passa under mikrobadet, vilket resulterar i en utpulseffekt på 500 ?W och en pulseffekteffektivitet på cirka 99 %.

"Det finns tre nyheter, " sa Clément. "Först, vi använder en 0D-transistor i vätska medan forskare tidigare har fokuserat på 2D- eller 1D-transistorer (som nanotrådar). Andra, vi visar att vi kan upptäcka elektriskt enskilda bubblor, vilket är av stor betydelse för elektrokemister att förstå och optimera elektrokemiska processer. Tredje, vi visar att vi samlar förlorad energi för att generera elektriska pulser med optimal effektivitet. Historiskt sett, vissa forskare har försökt samla en del av energin som går förlorad under väteproduktionen genom att använda en roterande apparat (flera patent finns). Här föreslår vi ett nytt sätt."

Förmågan att upptäcka små bubblor och omvandla dem till elektriska pulser kan ha en mängd olika tillämpningar, såsom lab-on-chip-enheter för vätgaslagring. En annan potentiell tillämpning är inom fysiologi, eftersom den elektriska signalen har en liknande amplitud som aktionspotentialen i en neuron. Här, systemet skulle kunna användas som en artificiell aktionspotentialgenerator för att utföra lokal neuronstimulering med inställbar amplitud och frekvens.

I framtiden, forskarna planerar att demonstrera andra tillämpningar med 0D-transistorer och bättre förstå deras beteende i vätska.

© 2013 Phys.org. Alla rättigheter förbehållna.