科学家证明可以从高盐浓度的水中获得电力

随着世界面临气候变化的现实和地球自然资源的限制，设计可再生能源是科学家、政治领导人和社区关注的主要问题。在一项令人兴奋的新发展中，大阪大学科学与工业研究所(SANKEN)的科学家们证明，可以从海水等高盐浓度的水中获得电力。

有些人认为“渗透”只是他们在小学生物课上被迫学习的一个科学术语。然而，当两侧之间存在浓度差时，溶解的离子或分子通过半透膜的自发运动可以被利用来发电。对我们来说幸运的是，海洋中充满了咸水，可以用来帮助缓解人类对能源日益增长的需求。然而，为了实用，这种膜需要非常薄且具有高度选择性，以允许离子(而不是水分子)通过。

现在，由大阪大学领导的研究团队利用传统的半导体加工技术，精确控制了超薄硅膜中纳米孔的结构和排列。因为这些制造方法已经存在了几十年，所以成本和设计复杂性被最小化了。此外，可以精确控制孔隙的大小和位置。

“每当出现非平衡情况时，例如两个盐浓度不同的水箱，通常都有机会将这种热力学能量转化为电能，”第一作者MakusuTsutsui说。

使用单个20nm尺寸的纳米孔，该器件达到了400kW/m2的峰值功率效率。然而，研究人员发现，在膜上添加过多的纳米孔实际上会降低可提取的能量。孔的最佳配置，100纳米大小的纳米孔以1微米的间距排列成网格，产生100W/m2的渗透功率密度。

这是了解如何设计纳米孔设备以实现最佳发电的重要一步。“许多其他研究小组都承诺对环境友好的‘绿色’能源，但我们更进一步，提出了基于海水的‘蓝色’能源，可以在工业规模上应用，”资深作者TomojiKawai说。该研究发表在CellReportsPhysicalScience上，未来的项目可能包括扩大设备以进行真实世界测试的方法。