Représentation schématique du générateur d'énergie osmotique à membrane poreuse Janus 3D. (A) Processus de préparation de la membrane nanoporeuse Janus. (B et D) Structure chimique (en haut), microstructure des ionomères (milieu), et des statistiques sur la taille des pores et le profil d'ajustement de Gauss (en bas). Les ionomères sont PES-Py et PAEK-HS. (C) Observation schématique (à gauche) et en microscopie électronique à balayage (à droite) de la section transversale de la structure asymétrique avec des pores 3D. L'épaisseur de la couche de PES-Py est d'environ 1 µm. (E) Représentation schématique du processus de récolte d'énergie osmotique sous un gradient de concentration basé sur la membrane poreuse Janus 3D. Crédit: Avancées scientifiques (2018). DOI :10.1126/sciadv.aau1665
Une équipe de chercheurs de l'Université de Jilin, L'Université de Beihang et l'Académie chinoise des sciences ont mis au point un générateur à membrane plus efficace pour récolter l'énergie osmotique. Dans leur article publié dans la revue Avancées scientifiques , le groupe décrit leur générateur et à quel point il a bien fonctionné lorsqu'il a été testé.
Les scientifiques savent depuis longtemps qu'il est possible de produire de l'électricité par osmose à travers une membrane située entre deux plans d'eau de salinité différente. Des recherches antérieures ont montré qu'il est possible de créer un tel générateur, mais des problèmes ont empêché son utilisation pour des applications réelles. Dans ce nouvel effort, les chercheurs rapportent qu'ils ont surmonté les problèmes précédents et créé un générateur capable d'alimenter une calculatrice.
Les différences osmotiques entre l'eau salée et l'eau douce permettent la production d'électricité - le processus nécessite une membrane qui permet le passage à sens unique de l'eau. Les efforts antérieurs ont échoué en raison du besoin de pores extrêmement petits - de telles petites tailles de pores ont nécessité une grande pression pour que l'eau se déplace à travers la membrane. Dans ce nouvel effort, les chercheurs ont surmonté ce problème en utilisant des matériaux Janus pour créer une membrane tridimensionnelle poreuse et dotée d'une charge de surface réglable.
L'appareil a été fabriqué en créant une membrane à double couche de deux types de plastique - une couche avait une charge de surface négative, l'autre une charge de surface positive. Les deux couches ont été combinées en utilisant un procédé chimique humide suivi d'un séchage. La membrane finale avait une épaisseur d'environ 11 microns avec des pores allant de 8 à 17 nanomètres de diamètre. Dans leur configuration, les ions chargés avec une polarité traversent la membrane, tandis que ceux de la charge opposée ne pouvaient pas passer. Le résultat était un courant net circulant dans une seule direction, l'empêchant de refluer dans la membrane.
Les tests de la membrane ont montré qu'elle était capable de générer 2,66 watts par mètre carré. L'efficacité a été mesurée à 35 pour cent. Dans leur modèle de démonstration, la membrane était capable d'alimenter une calculatrice. Les chercheurs soulignent que la membrane peut être agrandie, augmenter pour produire de plus grandes quantités d'électricité. L'augmentation de la salinité rendrait également le générateur plus efficace.
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