L'innovativa batteria al sale raccoglie in modo efficiente l'energia osmotica

La membrana migliorata (linea gialla) ha aumentato significativamente la quantità di energia osmotica raccolta dai gradienti salini, come quelli che si trovano negli estuari dove l’acqua salata (serbatoio di sinistra) incontra l’acqua dolce (serbatoio di destra). Credito: adattato da ACS Energy Letters 2024, DOI: 10.1021/acsenergylett.4c00320

La nuova membrana semipermeabile raddoppia la produzione di energia osmotica negli estuari, dimostrando il potenziale per la generazione di energia sostenibile.

Gli estuari, dove i fiumi d'acqua dolce incontrano il mare salato, sono luoghi ideali per il birdwatching e il kayak. In queste aree, acque contenenti diverse concentrazioni di sali si mescolano e possono essere fonti di energia osmotica “blu” sostenibile. Nella rivista Lettere sull'energia ACSI ricercatori riferiscono di aver creato una membrana semipermeabile che raccoglie energia osmotica dai gradienti salini e la converte in elettricità.

Il nuovo design aveva una densità di potenza in uscita doppia rispetto alle membrane commerciali nelle dimostrazioni di laboratorio.

Progressi nella tecnologia dell'energia osmotica

L’energia osmotica può essere generata ovunque siano presenti gradienti salini, ma le tecnologie disponibili per catturare questa energia rinnovabile hanno margini di miglioramento. Un metodo utilizza una serie di membrane di elettrolisi inversa (RED) che agiscono come una sorta di “batteria di sale”, generando elettricità dalle differenze di pressione create da un gradiente salino.

Per equalizzare questo gradiente, gli ioni caricati positivamente dell'acqua di mare, come il sodio, fluiscono attraverso il sistema nell'acqua dolce, aumentando la pressione sulla membrana. Per aumentare il potere di raccolta, la membrana deve anche mantenere una bassa resistenza elettrica interna consentendo agli elettroni di fluire facilmente nella direzione opposta agli ioni.

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Precedenti ricerche suggeriscono che il miglioramento del flusso di ioni attraverso la membrana rossa e l’efficienza del trasferimento di elettroni probabilmente aumenteranno la quantità di elettricità catturata dall’energia osmotica. Quindi, Dong Dong Yi, Xingzhen Chen e colleghi hanno progettato una membrana semipermeabile con materiali ecologici che teoricamente ridurrebbe la resistenza interna e massimizzerebbe la produzione di energia.

Design innovativo della membrana da parte dei ricercatori

Il prototipo della membrana rossa dei ricercatori contiene canali discreti (cioè separati) per il trasporto di ioni e di elettroni. Lo hanno creato posizionando un idrogel di cellulosa caricato negativamente (per il trasferimento di ioni) tra strati di un polimero organico elettricamente conduttivo chiamato polianilina (per il trasferimento di elettroni).

I test iniziali hanno confermato la loro teoria secondo cui canali di trasporto separati determinavano una maggiore conduttività ionica e una minore resistenza rispetto alle membrane monolitiche realizzate con gli stessi materiali. In un serbatoio d'acqua che simulava l'ambiente di un estuario, il loro prototipo ha raggiunto una densità di potenza in uscita 2,34 volte superiore a quella di una membrana RED commerciale e ha mantenuto le prestazioni per 16 giorni di funzionamento continuo, dimostrando le sue prestazioni subacquee stabili a lungo termine.

Nel test finale, il team ha creato una serie di batterie al sale da 20 pellicole rosse, generando elettricità sufficiente per alimentare individualmente la calcolatrice, il LED e il cronometro.

Applicazioni pratiche e prospettive future

Yi, Qin e i membri del loro team affermano che le loro scoperte ampliano la gamma di materiali ambientali che possono essere utilizzati per realizzare pellicole rosse e migliorare le prestazioni di raccolta dell’energia osmotica, rendendo questi sistemi più fattibili per l’uso nel mondo reale.

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Riferimento: “Percorsi ionici ed elettronici separati per migliorare la raccolta di energia osmotica” 24 aprile 2024, Lettere sull'energia ACS.
doi: 10.1021/acsenergylett.4c00320

Gli autori riconoscono il finanziamento della National Natural Science Foundation of China.

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