Un dispositivo de nanofluidos convierte el agua de mar en electricidad

Arrastre de Coulomb

24 de noviembre de 2023 07:35 Robert Klatt

La diferencia de salinidad entre el agua de mar y el agua dulce es una fuente de energía casi sin explotar. Ahora se ha presentado un dispositivo de nanofluidos que puede convertir el flujo natural de iones en energía eléctrica utilizable.

Urbana (Estados Unidos). La búsqueda de nuevas fuentes de energía que sean lo más neutras posible desde el punto de vista climático es uno de los mayores desafíos a los que se enfrenta la ciencia. Investigadores de la Universidad Normal del Noreste (NENU) desarrollaron recientemente un generador innovador utilizando un nanomaterial que genera energía a partir de la humedad. Otra fuente de energía apenas utilizada hasta la fecha reside en la diferencia de salinidad entre el agua del mar y el agua dulce.

Cuando dos cuerpos de agua con diferente salinidad se encuentran, las moléculas de sal fluyen de concentraciones mayores a menores. La energía de estas corrientes se puede aprovechar porque están formadas por iones que se forman a partir de la sal disuelta.

El dispositivo de nanofluidos utiliza flujo de iones

Investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign (UIUC), dirigidos por Jean-Pierre Leburton, han presentado en la revista especializada Nano Energy un dispositivo de nanofluidos que puede convertir el flujo natural de iones en los límites del mar y el agua dulce en electricidad utilizable. energía.

“Aunque nuestro diseño es todavía un concepto, ya muestra una gran versatilidad y un gran potencial para aplicaciones energéticas. Comenzó con una pregunta académica: «¿Puede un dispositivo a nanoescala de estado sólido extraer energía del flujo de iones?» – pero nuestro diseño superó nuestras expectativas y nos sorprendió en muchos sentidos”.

Arrastre de Coulomb

El dispositivo semiconductor utiliza el llamado arrastre de Coulomb, que existe entre los iones que fluyen y las cargas eléctricas. A medida que los iones fluyen a través de un canal estrecho, las fuerzas eléctricas hacen que las cargas se muevan de un lado a otro, produciendo corriente eléctrica.

Dispositivo de nanofluidos
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Cuando los científicos simularon su dispositivo, observaron dos comportamientos sorprendentes. Aunque esperaban que la resistencia de Coulomb surgiera principalmente de la fuerza de atracción entre cargas eléctricas opuestas, las simulaciones revelaron que la técnica también funciona bien cuando las fuerzas eléctricas son repulsivas. Como explica Mingye Xiong, tanto los iones con carga positiva como la negativa desencadenan el arrastre de Coulomb.

“También cabe destacar que nuestro estudio muestra un efecto de amplificación. Debido a que los iones en movimiento son tan masivos en comparación con las cargas del dispositivo, los iones transfieren grandes cantidades de impulso a las cargas, amplificando la corriente subyacente”.

Además, los investigadores descubrieron que el arrastre de Coulomb es independiente de la configuración específica del canal y de la elección del material si el diámetro del canal es lo suficientemente estrecho como para garantizar la proximidad entre los iones y las cargas.

“Creemos que la densidad de potencia de un conjunto de dispositivos podría igualar o incluso superar la de las células solares. Sin mencionar las posibles aplicaciones en otras áreas, como la detección biomédica y los nanofluidos”.

Actualmente, los investigadores están patentando sus hallazgos y desarrollando un dispositivo para la generación práctica de electricidad.

Nano Energía, doi: 10.1016/j.nanoen.2023.108860