Il existe de nombreuses façons de produire de l'électricité :batteries, panneaux solaires, éoliennes, et barrages hydroélectriques, pour ne citer que quelques exemples… et maintenant, il y a de la rouille.

De nouvelles recherches menées par des scientifiques de Caltech et de la Northwestern University montrent que de fines couches de rouille (oxyde de fer) peuvent générer de l'électricité lorsque de l'eau salée s'écoule dessus. Ces films représentent une toute nouvelle façon de produire de l'électricité et pourraient être utilisés pour développer de nouvelles formes de production d'électricité durable.

Les interactions entre les composés métalliques et l'eau salée génèrent souvent de l'électricité, mais c'est généralement le résultat d'une réaction chimique dans laquelle un ou plusieurs composés sont convertis en de nouveaux composés. Des réactions comme celles-ci sont ce qui est à l'œuvre à l'intérieur des batteries.

En revanche, le phénomène découvert par Tom Miller, professeur de chimie au Caltech, et Franz Geiger, Professeur Dow de chimie à Northwestern, n'implique pas de réactions chimiques, mais convertit plutôt l'énergie cinétique de l'écoulement de l'eau salée en électricité.

Le phénomène, l'effet électrocinétique, a déjà été observé dans des films minces de graphène - des feuilles d'atomes de carbone disposées en un réseau hexagonal - et il est remarquablement efficace. L'effet est d'environ 30 pour cent efficace pour convertir l'énergie cinétique en électricité. Pour référence, les meilleurs panneaux solaires ne sont efficaces qu'à environ 20 %.

"Un effet similaire a été observé dans d'autres matériaux. Vous pouvez prendre une goutte d'eau salée et la faire glisser sur du graphène et voir de l'électricité générée, " dit Miller.

Cependant, il est difficile de fabriquer des films de graphène et de les mettre à l'échelle jusqu'à des tailles utilisables. Les films d'oxyde de fer découverts par Miller et Geiger sont relativement faciles à produire et extensibles à de plus grandes tailles, dit Miller.

"C'est fondamentalement juste de la rouille sur le fer, donc c'est assez facile à faire dans de grandes surfaces, " dit Miller. " C'est une implémentation plus robuste de la chose vue dans le graphène. "

Bien que la rouille se forme seule sur les alliages de fer, l'équipe devait s'assurer qu'il se forme en une couche toujours mince. Pour faire ça, ils ont utilisé un procédé appelé dépôt physique en phase vapeur (PVD), qui transforme des matériaux normalement solides, dans ce cas l'oxyde de fer, en une vapeur qui se condense sur une surface désirée. Le PVD leur a permis de créer une couche d'oxyde de fer de 10 nanomètres d'épaisseur, environ 10 mille fois plus mince qu'un cheveu humain.

Quand ils ont pris ce fer enduit de rouille et y ont fait couler des solutions d'eau salée de concentrations variables, ils ont découvert qu'il générait plusieurs dizaines de millivolts et plusieurs microampères par cm-2.

« Pour la perspective, des plaques d'une superficie de 10 mètres carrés chacune généreraient quelques kilowattheures - assez pour une maison américaine standard, ", dit Miller. "Bien sûr, applications moins exigeantes, y compris des appareils à faible consommation dans des endroits éloignés, sont plus prometteurs à court terme."

Le mécanisme derrière la production d'électricité est complexe, impliquant l'adsorption et la désorption d'ions, mais cela fonctionne essentiellement comme ceci :les ions présents dans l'eau salée attirent les électrons dans le fer sous la couche de rouille. Au fur et à mesure que l'eau salée coule, ces ions aussi, et par cette force d'attraction, ils entraînent avec eux les électrons du fer, générer un courant électrique.

Miller dit que cet effet pourrait être utile dans des scénarios spécifiques où il y a des solutions salines en mouvement, comme dans l'océan ou le corps humain.

"Par exemple, l'énergie marémotrice, ou des choses qui flottent dans l'océan, comme des bouées, pourrait être utilisé pour la conversion passive d'énergie électrique, " dit-il. " Vous avez de l'eau salée qui coule dans vos veines par pulsations périodiques. Cela pourrait être utilisé pour produire de l'électricité pour alimenter les implants. »

Le document décrivant leurs conclusions, intitulé "Conversion d'énergie via des nanocouches métalliques, " apparaît dans le numéro du 29 juillet du Actes de l'Académie nationale des sciences .