Разгадывая силу моря. Учёные Иллинойса нашли новый способ извлечения электроэнергии из океанов

Нанотехнологии открывают новые возможности для получения энергии из возобновляемых источников. Одним из таких источников является морская вода, которая содержит большое количество соли. Соль — это не только приправа для еды, но и электролит, который состоит из заряженных частиц, называемых ионами. Ионы могут создавать электрический ток, если они движутся под действием разницы в концентрации или напряжении. Это принцип работы наноустройства, которое разработали ученые из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне.

Что такое наноустройство и как оно работает?

Наноустройство — это крошечное устройство, размером в несколько нанометров (миллиардная часть метра), которое может выполнять различные функции. Например, наноустройство, способное преобразовывать ионный поток в электрическую энергию, состоит из полупроводникового материала, в котором есть узкий канал для прохождения жидкости с разной соленостью. Когда жидкость течет по каналу, ионы взаимодействуют с электрическими зарядами в устройстве, вызывая явление, называемое «кулоновским тяготением». Это означает, что заряды устройства перемещаются с одной стороны канала на другую под действием электрических сил, создавая разность потенциалов и электрический ток. Этот ток можно использовать для питания других устройств или накопления энергии.

Что такое кулоновское тяготение?

Кулоновское тяготение — это явление, когда движущиеся ионы в жидкости или газе взаимодействуют с электрическими зарядами в наномасштабном устройстве, создавая электрический ток. Это явление было изучено учеными из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне. Кулоновское тяготение происходит за счет притягательной или отталкивающей силы между противоположно или одноименно заряженными частицами соответственно. Эта сила зависит от расстояния между частицами и убывает с его увеличением. Когда ионы проходят через узкий канал в наноустройстве, они воздействуют на заряды устройства, заставляя их перемещаться с одной стороны на другую. Это создает разность потенциалов и электрический ток, который можно использовать для питания других устройств.

Кулоновское тяготение имеет две особенности, которые делают его очень эффективным для выработки энергии. Во-первых, оно работает как с притягивающими, так и с отталкивающими электрическими силами, то есть не важно, какой знак имеют ионы и заряды устройства. Во-вторых, оно усиливается за счет импульса, который передают ионы зарядам устройства. Поскольку ионы настолько массивны по сравнению с зарядами устройства, они передают большое количество импульса зарядам, усиливая основной ток.

Какие преимущества и перспективы имеет наноустройство?

Наноустройство, способное преобразовывать ионный поток в электрическую энергию, имеет ряд преимуществ по сравнению с другими методами получения энергии из морской воды. Например, оно не требует дорогостоящих и сложных мембран или турбин, которые могут быть повреждены или загрязнены. Оно также не зависит от конкретной конфигурации канала или выбора материалов, при условии, что диаметр канала достаточно узок, чтобы обеспечить близость между ионами и зарядами. Оно может работать при разных условиях pH раствора или прикладываемого напряжения.

Наноустройство открывает новые возможности для использования возобновляемых источников энергии, основанных на морской воде. Оно может быть использовано для получения энергии из природных ионных потоков на границах между морской и пресной водой. Такие устройства могут быть полезны для удаленных районов, где нет доступа к другим источникам энергии, или для экологически чистого зарядки небольших электронных устройств.

Ученые находятся в процессе патентования своих результатов и изучают, как массивы этих устройств могли бы масштабироваться для практического выработки энергии.