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新型纳米设备将海水转化为电能 利用海洋隐藏的能量

发布时间:2024-06-03 来源:cnBeta 作者:
世界海岸线蕴藏着一种尚未开发的能源:海水和淡水之间的盐度差。一种新型纳米设备可以利用这种差异发电。伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校团队开发的一种新型纳米设备可以利用海水和淡水之间的盐度差发电,显示了可扩展发电和应用于各个领域的潜力。
伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的一个研究小组在《纳米能源》(Nano Energy)杂志上报告了一种纳米流体设备的设计,该设备能够将离子流转化为可用的电力。该团队认为,他们的装置可用于从海水-淡水边界的自然离子流中提取电能。
"虽然我们的设计在现阶段还只是一个概念,但它用途广泛,已经显示出了能源应用的强大潜力,"项目负责人、伊利诺伊大学电气与计算机工程教授让-皮埃尔-勒伯顿说。"他说:"这个项目始于一个学术问题--'纳米级固态装置能否从离子流中提取能量?"

利用盐水发电的纳米流体装置图。资料来源:伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校 Grainger 工程学院
当两个盐度不同的水体相遇时,如河流注入海洋,盐分子会自然地从高浓度流向低浓度。这些流动的能量可以被收集起来,因为它们是由溶解盐形成的称为离子的带电粒子组成的。
勒伯顿的研究小组设计了一种纳米级半导体器件,利用了器件中流动的离子与电荷之间的"库仑阻力"现象。当离子流经设备中的狭窄通道时,电场力会使设备中的电荷从一侧移动到另一侧,从而产生电压和电流。
研究人员在模拟其装置时发现了两种令人惊讶的行为。首先,虽然他们预计库仑阻力主要是通过相反电荷之间的吸引力产生的,但模拟结果表明,如果电荷之间存在排斥力,该装置同样可以正常工作。带正电和负电的离子都会产生阻力。
"同样值得注意的是,我们的研究表明存在放大效应,"勒伯顿研究小组的研究生、该研究的第一作者熊明业说。"由于运动的离子与设备电荷相比质量非常大,因此离子向电荷传递了大量的动量,从而放大了底层电流。"
研究人员还发现,只要通道直径足够窄,以确保离子和电荷之间的距离,这些效应就与具体的通道配置以及材料选择无关。
研究人员正在为他们的研究成果申请专利,他们正在研究如何将这些设备阵列扩展到实际发电中。
"我们相信,设备阵列的功率密度可以达到或超过太阳能电池的功率密度,"勒伯顿说。"更不用说在生物医学传感和纳米流体等其他领域的潜在应用了。