L’énergie bleue pourrait offrir une alternative durable aux combustibles fossiles. En termes simples, elle exploite l’énergie produite lorsque les ions d’une solution saline se déplacent de concentrations élevées à faibles. Une équipe de chercheurs de l’Université d’Osaka a étudié l’effet de la tension sur le passage des ions à travers une membrane nanoporeuse pour démontrer un meilleur contrôle du processus.
Dans une étude, les chercheurs ont examiné comment ajuster le flux d’ions à travers l’ensemble des nanopores constituant leur membrane, et comment ce contrôle pourrait rendre l’application de la technologie à grande échelle une réalité.
Si les membranes sont fabriquées à partir d’un matériau chargé, les nanopores peuvent provoquer un courant en attirant les ions de la solution ayant une charge opposée. Les ions de même charge peuvent alors traverser le pore, générant ainsi le courant. Cela signifie que le matériau du pore est très important et son choix a été jusqu’à présent le moyen de contrôler le flux et le courant.
Défis de la production de structures de pores identiques
Produire des structures de pores identiques dans une gamme de matériaux différents pour comprendre leurs performances comparatives s’avère difficile. Les chercheurs ont donc décidé d’explorer une autre méthode pour ajuster le flux d’ions à travers les membranes nanoporeuses.
« Au lieu de simplement utiliser la charge de surface de base de notre membrane pour dicter le flux, nous avons examiné ce qui se passe lorsque des tensions sont appliquées », explique Makusu Tsutsui, auteur principal de l’étude. « Nous avons utilisé une électrode de grille intégrée à travers la membrane pour contrôler le champ par tension, de manière similaire à la façon dont les transistors à semi-conducteurs fonctionnent dans les circuits conventionnels. »
Les chercheurs ont découvert qu’en l’absence de tension, aucun courant n’était généré par le flux de cations—ions chargés positivement—car ils étaient attirés par la surface de la membrane chargée négativement.
Augmentation de l’efficacité énergétique osmotique
En appliquant différentes tensions, cette performance pouvait être ajustée pour permettre le flux de cations, offrant même une sélectivité complète pour les cations. Cela a conduit à une augmentation de six fois de l’efficacité énergétique osmotique.
« En augmentant la densité de charge à la surface des nanopores constituant la membrane, nous avons atteint une densité de puissance de 15 W/m² », déclare Tomoji Kawai, auteur principal. « Cela est très encourageant pour faire progresser la technologie. »
Les résultats de l’étude révèlent le potentiel de mise à l’échelle des membranes nanoporeuses pour une application quotidienne. On espère que les générateurs de puissance osmotique à nanopores permettront de rendre l’énergie bleue accessible au grand public pour un avenir énergétique plus durable.
Article : « Gate-all-around nanopore osmotic power generators » – DOI: 10.1021/acsnano.4c01989
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