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La diferencia de salinidad entre el agua salada y el agua dulce en las costas del mundo es una fuente de energía en gran medida desaprovechada. Esta distinción puede ser utilizada por un novedoso nanodispositivo para generar electricidad.
![Generando electricidad con agua salada mediante un dispositivo nanofluídico](https://d1otjdv2bf0507.cloudfront.net/images/news/ImageForNews_40428_16956394172573672.png)
En el diario, nanoenergía, un grupo de investigadores de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign describió un diseño para un dispositivo nanofluídico que puede convertir un flujo de iones en energía eléctrica utilizable. El grupo cree que su invento podría utilizarse para aprovechar los flujos de iones que se producen naturalmente en la interfaz agua de mar-agua dulce.
Si bien nuestro diseño es todavía un concepto en este momento, es bastante versátil y ya muestra un gran potencial para la aplicación de energía. Comenzó con una pregunta académica: «¿Puede un dispositivo de estado sólido a nanoescala extraer energía del flujo de iones?», pero nuestro diseño superó nuestras expectativas y nos sorprendió en muchos sentidos..
Jean-Pierre Leburton, líder del proyecto y profesor de ingeniería eléctrica e informática, Universidad de Illinois Urbana-Champaign
Las moléculas de sal migran naturalmente de áreas de mayor concentración a áreas de menor concentración cuando dos masas de agua con diferente salinidad convergen, como cuando un río desemboca en un océano. La energía de estas corrientes se puede captar porque está formada por iones cargados eléctricamente que provienen de la sal disuelta.
Un dispositivo semiconductor a nanoescala desarrollado por el equipo de Leburton aprovecha un fenómeno conocido como «resistencia de Coulomb» entre iones en movimiento y cargas eléctricas. Las fuerzas eléctricas hacen que las cargas del dispositivo viajen de un lado a otro, generando voltaje y corriente eléctrica a medida que los iones fluyen a través del pequeño canal del dispositivo.
Al simular su sistema, los investigadores descubrieron dos fenómenos inesperados. En primer lugar, las simulaciones mostraron que el dispositivo funciona incluso cuando las fuerzas eléctricas son repulsivas, aunque originalmente se pensó que la resistencia de Coulomb era causada principalmente por la fuerza de atracción entre cargas eléctricas opuestas. La resistencia es causada por iones cargados positiva y negativamente.
Igualmente notable es que nuestro estudio sugiere que existe un efecto de refuerzo. Debido a que los iones en movimiento son tan masivos en comparación con las cargas del dispositivo, los iones imparten grandes impulsos a las cargas, amplificando la corriente subyacente.
Mingye Xiong, investigador principal y estudiante de posgrado, Universidad de Illinois Urbana-Champaign
Además, los investigadores descubrieron que estos efectos son independientes de la disposición específica de los canales y de la selección del material, siempre que el diámetro del canal sea lo suficientemente pequeño como para garantizar un contacto estrecho entre los iones y las cargas.
Los investigadores están estudiando cómo se pueden ampliar los conjuntos de estos dispositivos para la generación de energía en el mundo real, mientras están en el proceso de patentar sus resultados.
Leburton añadió: “Creemos que la densidad de potencia de un conjunto de dispositivos podría igualar o superar la de las células solares. Sin mencionar las posibles aplicaciones en otras áreas, como la detección biomédica y los nanofluidos.«
El trabajo también incluyó contribuciones de Kewei Song.
Referencia de la revista:
Xiong, M., et al. (2023) Resistencia de iones de Coulomb en canales semiconductores nanofluídicos para la generación de energía. nanoenergía. doi:10.1016/j.nanoen.2023.108860
Fuente: https://illinois.edu/
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