מהפכה באנרגיה מתחדשת: סוללת מלח חדשנית אוספת ביעילות כוח אוסמוטי

ממברנה חצי חדירה חדשה מכפילה את תפוקת האנרגיה האוסמוטית בשפכים, ומראה פוטנציאל לייצור חשמל בר קיימא.

שפכים – שבהם נהרות מים מתוקים פוגשים את הים המלוח – הם מקומות נהדרים לצפייה בציפורים ושייט קיאקים. באזורים אלו, מים המכילים ריכוזי מלח שונים מתערבבים ועשויים להיות מקורות לאנרגיה אוסמוטית בת קיימא "כחולה". ביומן אותיות אנרגיה של ACSחוקרים מדווחים על יצירת קרום חדיר למחצה הקוצר אנרגיה אוסמוטית מדרגות מלח וממיר אותה לחשמל.

לעיצוב החדש הייתה צפיפות הספק פלט גבוהה פי שניים יותר מממברנות מסחריות בהדגמות מעבדה.

התקדמות בטכנולוגיית האנרגיה האוסמטית

אנרגיה אוסמוטית יכולה להיווצר בכל מקום בו נמצאים שיפועים של מלח, אך לטכנולוגיות הזמינות ללכידת אנרגיה מתחדשת זו יש מקום לשיפור. שיטה אחת משתמשת במערך של ממברנות אלקטרודיאליזה הפוכה (RED) הפועלות כמעין "סוללת מלח", המייצרת חשמל מהפרשי לחצים הנגרמים על ידי שיפוע המלח.

כדי ליישר את השיפוע הזה, יונים טעונים חיוביים ממי ים, כגון נתרן, זורמים דרך המערכת אל המים המתוקים, ומגבירים את הלחץ על הממברנה. כדי להגדיל עוד יותר את כוח הקציר שלה, הממברנה צריכה גם לשמור על התנגדות חשמלית פנימית נמוכה בכך שהיא מאפשרת לאלקטרונים לזרום בקלות בכיוון ההפוך של היונים.

מחקרים קודמים מצביעים על כך ששיפור הן בזרימת היונים על פני הממברנה האדומה והן ביעילות של הובלת אלקטרונים יגדיל ככל הנראה את כמות החשמל הנלכדת מאנרגיה אוסמוטית. אז, Dongdong Ye, Xingzhen Qin ועמיתיו תכננו ממברנה חדירה למחצה מחומרים ידידותיים לסביבה אשר תיאורטית יצמצמו את ההתנגדות הפנימית וימקסמו את הספק הפלט.

עיצוב ממברנה חדשני על ידי חוקרים

אב-טיפוס הממברנה האדומה של החוקרים הכיל תעלות נפרדות (כלומר מנותקות) להובלת יונים ולהובלת אלקטרונים. הם יצרו זאת על ידי הכנסת הידרוג'ל תאית טעון שלילי (להובלת יונים) בין שכבות של פולימר אורגני ומוליך חשמלי הנקרא פוליאנילין (להובלת אלקטרונים).

בדיקות ראשוניות אישרו את התיאוריה שלהם לפיה תעלות הובלה מנותקות הביאו למוליכות יונים גבוהה יותר ולהתנגדות נמוכה יותר בהשוואה לממברנות הומוגניות העשויות מאותם חומרים. במיכל מים שדמה סביבת שפך, אב הטיפוס שלהם השיג צפיפות הספק תפוקה גבוהה פי 2.34 מממברנת RED מסחרית ושמר על ביצועים במהלך 16 ימים של פעולה בלתי פוסקת, מה שהוכיח את הביצועים היציבים לטווח ארוך מתחת למים.

במבחן אחרון, הצוות יצר מערך סוללות מלח מ-20 ממברנות האדומות שלהם ויצר מספיק חשמל כדי להפעיל בנפרד מחשבון, נורת LED ושעון עצר.

יישומים מעשיים וצפי עתידי

Ye, Qin וחברי הצוות שלהם אומרים שהממצאים שלהם מרחיבים את מגוון החומרים האקולוגיים שיכולים לשמש לייצור ממברנות RED ולשפר את ביצועי קצירת האנרגיה האוסמטית, מה שהופך את המערכות הללו לאפשריות יותר לשימוש בעולם האמיתי.

המחברים מכירים במימון מהקרן הלאומית למדעי הטבע של סין.