Representação esquemática do gerador de energia osmótica baseado em membrana porosa Janus 3D. (A) Processo de preparação da membrana nanoporosa de Janus. (B e D) Estrutura química (topo), microestrutura de ionômeros (meio), e estatísticas de tamanho de poro e perfil de ajuste de Gauss (parte inferior). Os ionômeros são PES-Py e PAEK-HS. (C) Observação esquemática (esquerda) e microscopia eletrônica de varredura (direita) da seção transversal da estrutura assimétrica com poros 3D. A espessura da camada PES-Py é de cerca de 1 μm. (E) Representação esquemática do processo de coleta de energia osmótica sob um gradiente de concentração com base na membrana porosa Janus 3D. Crédito: Avanços da Ciência (2018). DOI:10.1126 / sciadv.aau1665
Uma equipe de pesquisadores da Universidade Jilin, A Universidade Beihang e a Academia Chinesa de Ciências desenvolveram um gerador baseado em membrana mais eficiente para a coleta de energia osmótica. Em seu artigo publicado na revista Avanços da Ciência , o grupo descreve seu gerador e como funcionou bem quando testado.
Os cientistas já sabem há algum tempo que é possível gerar eletricidade por osmose por meio de uma membrana situada entre dois corpos d'água com salinidades diferentes. Pesquisas anteriores mostraram que é possível criar tal gerador, mas problemas impediram seu uso para aplicativos do mundo real. Neste novo esforço, os pesquisadores relatam que superaram problemas anteriores e criaram um gerador capaz de alimentar uma calculadora.
As diferenças osmóticas entre água salgada e água doce permitem a geração de eletricidade - o processo requer uma membrana que permita a passagem unilateral da água. Os esforços anteriores falharam devido à necessidade de poros extremamente pequenos - esses tamanhos de poros pequenos exigiram uma grande quantidade de pressão para fazer a água se mover através da membrana. Neste novo esforço, os pesquisadores superaram esse problema usando materiais Janus para criar uma membrana tridimensional porosa e com carga superficial ajustável.
O dispositivo foi feito criando uma membrana de dupla camada de dois tipos de plástico - uma camada tinha uma carga superficial negativa, a outra, uma carga superficial positiva. As duas camadas foram combinadas usando um processo químico úmido seguido de secagem. A membrana final tinha aproximadamente 11 mícrons de espessura com poros variando de 8 a 17 nanômetros de diâmetro. Em sua configuração, íons carregados com uma polaridade passaram através da membrana, enquanto os de carga oposta não puderam passar. O resultado foi uma corrente fluindo em apenas uma direção, impedindo que ele flua de volta para a membrana.
O teste da membrana mostrou que ela era capaz de gerar 2,66 watts por metro quadrado. A eficiência foi medida em 35 por cento. Em seu modelo de demonstração, a membrana era capaz de alimentar uma calculadora. Os pesquisadores apontam que a membrana pode ser ampliada, aumentar para gerar maiores quantidades de eletricidade. Aumentar a salinidade também tornaria o gerador mais eficiente.
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