(Phys.org) —Lorsque l'hydrogène est produit à partir de l'eau pendant l'électrolyse, une partie de l'énergie est perdue sous forme de petites bulles. Dans une nouvelle étude, les chercheurs ont démontré que les transistors 25 nm, si petits qu'ils sont considérés comme de dimension zéro (0D), peuvent être utilisés pour transformer cette énergie perdue en impulsions électriques. Des millions de ces transistors 0D pourraient être utilisés pour détecter des bulles individuelles et générer des impulsions électriques avec une efficacité optimale, récupérer une partie de l'énergie perdue lors de l'électrolyse et la rendre disponible pour d'autres usages.

Les chercheurs, Nicolas Clément au CNRS à Villeneuve d'Ascq, La France, et ses co-auteurs, ont publié leur article sur l'utilisation de transistors 0D pour récupérer l'énergie des bulles dans un récent numéro de Lettres nano .

L'une des approches les plus prometteuses pour produire de l'hydrogène comme source de carburant, l'électrolyse consiste à appliquer un courant électrique à l'eau pour séparer les atomes d'oxygène et d'hydrogène. Pendant l'électrolyse, des bulles de gaz se forment, provoquant une certaine perte d'énergie.

"Tous les mécanismes de perte d'énergie lors de l'électrolyse ne sont pas entièrement compris, " Clément a dit Phys.org. "Un tel appareil, combiné avec des caméras de haute précision, peut améliorer la compréhension à l'avenir. Les sources de perte d'énergie sont soit la diffusion d'hydrogène dans l'eau, soit le mouvement de contre-ions autour des électrodes lors de l'émission de bulles."

Pour montrer comment les transistors 0D peuvent récupérer une partie de cette énergie, les chercheurs ont placé une gouttelette d'eau salée de 0,2 microlitre dans un microbain. Sous, ils ont placé un transistor et deux électrodes. Sous une tension appliquée, des bulles d'hydrogène relativement petites (18-24-?m) ont été émises à la cathode, tandis que des bulles de chlore plus grosses étaient émises à l'anode. L'augmentation de la tension a entraîné une augmentation de la fréquence d'émission des bulles.

Les transistors 0D pourraient détecter des bulles individuelles, et la taille des bulles pourrait être évaluée en analysant les changements de courant. En détectant les bulles, les transistors transformaient l'énergie de la bulle en impulsions électriques. En théorie, 2 millions de transistors 0D pourraient passer sous le microbain, ce qui donne une puissance d'impulsion de sortie de 500 ?W et un rendement de puissance d'impulsion d'environ 99 %.

"Il y a trois nouveautés, " dit Clément. " D'abord, nous utilisons un transistor 0D en liquide alors que les chercheurs se sont auparavant concentrés sur les transistors 2D ou 1D (comme les nanofils). Seconde, nous montrons que nous pouvons détecter électriquement des bulles isolées, ce qui est d'une grande importance pour les électrochimistes pour comprendre et optimiser les processus électrochimiques. Troisième, nous montrons que nous récupérons l'énergie perdue pour générer des impulsions électriques avec une efficacité optimale. Historiquement, certains chercheurs ont tenté de récupérer une partie de l'énergie perdue lors de la production d'hydrogène en utilisant un appareil rotatif (plusieurs brevets existent). Ici, nous proposons une nouvelle voie."

La capacité de détecter de minuscules bulles et de les convertir en impulsions électriques pourrait avoir diverses applications, tels que les dispositifs de laboratoire sur puce pour le stockage de l'hydrogène. Une autre application potentielle est en physiologie, puisque le signal électrique a une amplitude similaire à celle du potentiel d'action dans un neurone. Ici, le système pourrait être utilisé comme générateur de potentiel d'action artificiel pour effectuer une stimulation neuronale locale avec une amplitude et une fréquence réglables.

À l'avenir, les chercheurs prévoient de démontrer d'autres applications avec les transistors 0D et de mieux comprendre leur comportement dans le liquide.

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