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(noticias nanowerk) La evaporación es un proceso natural tan omnipresente que la mayoría de nosotros lo damos por sentado. De hecho, aproximadamente la mitad de la energía solar que llega a la Tierra impulsa procesos de evaporación. Desde 2017, los investigadores han estado trabajando para aprovechar el potencial energético de la evaporación a través del efecto hidrovoltaico (HV), que permite la generación de electricidad cuando el líquido pasa sobre la superficie cargada de un dispositivo a nanoescala. La evaporación crea un flujo continuo dentro de los nanocanales dentro de estos dispositivos, que actúan como mecanismos de bombeo pasivo. Este efecto también se puede observar en los microcapilares de las plantas, donde el transporte de agua se produce mediante una combinación de presión capilar y evaporación natural.
Aunque actualmente existen dispositivos hidrovoltaicos, existe muy poca comprensión funcional de las condiciones y fenómenos físicos que controlan la producción de energía de alta tensión a nanoescala. Es un vacío de información que Giulia Tagliabue, jefa del Laboratorio de Nanociencia para Tecnología Energética (LNET) de la Facultad de Ingeniería, y la estudiante de doctorado Tarique Anwar querían llenar. Utilizaron una combinación de experimentos y modelos multifísicos para caracterizar flujos de líquidos, corrientes iónicas y efectos electrostáticos debidos a interacciones sólido-líquido, con el objetivo de optimizar los dispositivos de alta tensión.
“Gracias a nuestra novedosa plataforma altamente controlada, este es el primer estudio que cuantifica estos fenómenos hidrovoltaicos destacando la importancia de varias interacciones interfaciales. «Pero también llegamos a una conclusión importante: que los dispositivos hidrovoltaicos pueden funcionar en un amplio rango de salinidad, lo que contradice el hallazgo anterior de que se requiere agua de alta pureza para un mejor rendimiento», dice Tagliabue.
El estudio LNET fue publicado recientemente en la revista Cell Press Dispositivo (“Fenómenos de interfaz dependientes de la salinidad para la optimización de dispositivos hidrovoltaicos”).
![Representación esquemática de un sistema hidrovoltaico impulsado por evaporación.](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/id64976_1.jpg)
Un modelo multifísico revelador
El dispositivo de los investigadores representa la primera aplicación hidrovoltaica de una técnica llamada litografía coloidal de nanoesferas, que les permitió crear una red hexagonal de nanopilares de silicio espaciados con precisión. Los espacios entre los nanopilares formaron los canales perfectos para la evaporación de muestras líquidas y podrían ajustarse para comprender mejor los efectos del confinamiento de líquidos y el área de contacto sólido-líquido.
“En la mayoría de los sistemas fluidos que contienen soluciones salinas, hay la misma cantidad de iones positivos y negativos. Sin embargo, si confinas el líquido a un nanocanal, sólo quedan iones con una polaridad opuesta a la de la carga superficial”, explica Anwar. «Esto significa que si dejas que el líquido fluya a través del nanocanal, generas corriente y voltaje».
«Esto se debe a nuestro hallazgo clave de que el equilibrio químico de la carga superficial del nanodispositivo puede aprovecharse para ampliar el funcionamiento de los dispositivos hidrovoltaicos en toda la escala de salinidad», añade Tagliabue. “De hecho, a medida que aumenta la concentración de iones del líquido, también aumenta la carga superficial del nanodispositivo. Esto nos permite utilizar canales de fluido más grandes cuando trabajamos con fluidos más concentrados. Esto hace que sea más fácil producir dispositivos para usar con agua del grifo o de mar en lugar de solo agua purificada”.
![Micrografía electrónica de barrido de los nanopilares de silicio.](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/id64976_2.jpg)
Agua, agua por todas partes
Debido a que la evaporación puede ocurrir continuamente en un amplio rango de temperaturas y humedad, e incluso durante la noche, existen muchas aplicaciones potenciales interesantes para dispositivos HV más eficientes. Los investigadores esperan explorar este potencial con el apoyo de una subvención inicial de la Fundación Nacional Suiza para la Ciencia, cuyo objetivo es desarrollar «un paradigma completamente nuevo para la recuperación del calor residual y la producción de energía renovable a gran y pequeña escala», incluido un módulo prototipo. en condiciones del mundo real – Condiciones mundiales en el lago Lemán.
Y dado que, en teoría, los dispositivos HV podrían funcionar en cualquier lugar donde haya líquido (o incluso humedad, como el sudor), también podrían usarse para alimentar sensores para dispositivos conectados, desde televisores inteligentes hasta dispositivos portátiles de salud y fitness. Gracias a la experiencia de LNET en recolección y almacenamiento de energía luminosa, Tagliabue también quiere ver cómo se podrían utilizar los efectos luminosos y fototérmicos para controlar las cargas superficiales y las tasas de evaporación en sistemas de alto voltaje.
Por último, los investigadores también ven importantes sinergias entre los sistemas de alta tensión y la producción de agua limpia.
“La evaporación natural se utiliza para impulsar los procesos de desalinización porque se puede obtener agua dulce del agua salada condensando el vapor producido por una superficie de evaporación. «Ahora se podría imaginar utilizar un sistema de alta tensión para producir agua limpia y generar electricidad al mismo tiempo», explica Anwar.
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