Forskare vid McGill University har visat en teknik som kan möjliggöra produktion av robusta, högpresterande membran för att utnyttja en riklig källa av förnybar energi.

Blå energi, även känd som osmotisk energi, utnyttjar den energi som frigörs naturligt när två lösningar med olika salthalter blandas – förhållanden som uppstår på otaliga platser runt om i världen där söt- och saltvatten möts.

Nyckeln till att fånga blå energi ligger i selektivt permeabla membran, som låter bara en beståndsdel i en saltvattenlösning passera - antingen vattenmolekylerna eller de lösta saltjonerna - men inte den andra.

Ett skalaproblem

Hittills, storskaliga blå energiprojekt som Norges kraftverk Statkraft har hindrats av den dåliga effektiviteten hos befintlig membranteknologi. I laboratoriet, forskare har utvecklat membran från exotiska nanomaterial som har visat sig lovande när det gäller hur mycket kraft de kan generera i förhållande till sin storlek. Men det är fortfarande en utmaning att förvandla dessa försvinnande tunna material till komponenter som är tillräckligt stora och starka för att möta kraven från verkliga tillämpningar.

I resultat som nyligen publicerats i Nanobokstäver , ett team av McGill-fysiker har visat en teknik som kan öppna vägen för att övervinna denna utmaning.

"I vårt projekt, vi syftade till att åtgärda det inneboende mekaniska bräcklighetsproblemet samtidigt som vi utnyttjade den exceptionella selektiviteten hos tunna 2D-nanomaterial genom att tillverka ett hybridmembran tillverkat av hexagonala bornitrid (hBN) monolager som stöds av kiselnitridmembran, " förklarade huvudförfattaren Khadija Yazda, en postdoktor vid institutionen för fysik vid McGill.

McGill-tillverkat verktyg underlättar forskning

För att uppnå den önskade egenskapen för selektiv permeabilitet, Yazda och hennes kollegor använde en teknik som utvecklats på McGill kallad tip-controlled local breakdown (TCLB) för att "borra" flera mikroskopiska hål, eller nanoporer, i deras membran. I ett förskott på tidigare forskning som fokuserade på experimentella prototyper med en enda nanopore, McGill-teamet kunde utnyttja hastigheten och precisionen hos TCLB för att förbereda och undersöka membran med flera nanoporer i olika konfigurationer av porstorlek, antal och mellanrum.

"Våra experiment på por-porinteraktion i nanopore-arrayer visar att den optimala membranselektiviteten och den totala effekttätheten erhålls med ett poravstånd som balanserar behovet av hög pordensitet samtidigt som en stor utsträckning av laddad yta (≥ 500nm) som omger varje pore bibehålls , " sa Yazda.

Efter att framgångsrikt ha producerat en array med 20 gånger 20 porer på en membranyta som är 40 µm² stor, forskarna säger att TCLB-tekniken kan användas för att producera mycket större arrayer.

"Ett naturligt nästa steg för den här forskningen är att försöka skala upp detta tillvägagångssätt inte bara för storskaliga kraftverk utan även i nano- eller mikrokraftsgeneratorer, " sa Yazda.