La recherche met en évidence le potentiel des membranes nanopores

L’énergie bleue a le potentiel de constituer une alternative durable aux combustibles fossiles. En termes simples, il s’agit d’exploiter l’énergie produite lorsque les ions présents dans une solution saline passent de concentrations élevées à faibles.

Une équipe comprenant des 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 récemment publiée dans ACS Nano les chercheurs ont étudié l'adaptation du flux d'ions à travers l'ensemble de nanopores qui composent leur membrane, et comment ce contrôle pourrait faire de l'application de la technologie à grande échelle une réalité.

Si les membranes sont constituées d’un matériau chargé, les nanopores peuvent provoquer le passage d’un courant à travers elles en attirant les ions de la solution de charge opposée. Les ions ayant la même charge peuvent alors se déplacer à travers les pores générant le courant. Cela signifie que le matériau des pores est très important et que son choix a été jusqu’à présent le moyen de contrôler le débit et le courant.

Cependant, produire exactement les mêmes structures de pores dans une gamme de matériaux différents pour comprendre leurs performances comparatives est un défi. Les chercheurs ont donc décidé d’étudier une autre façon d’adapter le flux d’ions à travers les membranes nanopores.

“Au lieu de simplement utiliser la charge superficielle de base de notre membrane pour dicter le flux, nous avons examiné ce qui se passe lorsque des tensions sont appliquées”, explique l'auteur principal de l'étude, Makusu Tsutsui. “Nous avons utilisé une électrode de grille intégrée à travers la membrane pour contrôler le champ via la tension de la même manière que les transistors semi-conducteurs fonctionnent dans les circuits conventionnels.”

Les chercheurs ont découvert qu’en l’absence de tension appliquée, aucune charge n’était générée par le flux de cations – des ions chargés positivement – ​​car ils étaient attirés par la surface de la membrane chargée négativement.

Cependant, si différentes tensions étaient appliquées, ces performances pourraient être ajustées pour permettre aux cations de circuler, offrant même une sélectivité complète pour les cations. Cela a conduit à une multiplication par six de l’efficacité énergétique osmotique.

“En améliorant la densité de charge à la surface des nanopores qui composent la membrane, nous avons atteint une densité de puissance de 15 W/m²“, déclare l'auteur principal Tomoji Kawai. “C'est très encourageant en termes de progrès technologique.”

Les résultats de l’étude révèlent le potentiel de mise à l’échelle des membranes nanopores pour une application quotidienne. On espère que les générateurs d’énergie osmotique à nanopores fourniront un moyen de généraliser l’énergie bleue pour un avenir énergétique plus durable.