研究人員正在開發(fā)一種利用滲透能的技術(shù) - 這是河口自然可以獲得的能量來源，淡水與海水接觸。在實驗室實驗中，該團隊重現(xiàn)了河流與海洋相遇的現(xiàn)實條件(pH值和鹽濃度)，并表明，通過在包含鹽，水和三原子厚度的膜的系統(tǒng)上發(fā)光，有可能優(yōu)化電力生產(chǎn)。大多數(shù)可再生能源技術(shù)都依賴天氣。風(fēng)電場只能在微風(fēng)時運行，太陽能發(fā)電廠依靠陽光。EPFL的研究人員正致力于研究一種捕獲河口不斷出現(xiàn)的能源的方法：滲透力，也稱為藍色能量。

滲透是一種自然過程，其中分子通過半透膜從濃縮溶液遷移到更稀溶液，以平衡濃度。在河口，帶電的鹽離子從咸海水流到新鮮的河水。這個想法是利用這種現(xiàn)象來發(fā)電。

來自EPFL的納米生物學(xué)實驗室(LBEN)的研究人員表示，使用光可以優(yōu)化利用滲透作用生產(chǎn)使用滲透力的納米生物學(xué)實驗室(LBEN)。再現(xiàn)了河口發(fā)生的條件，他們將光照在水，鹽和三個原子厚度的膜上，以產(chǎn)生更多的電力。在光的作用下，系統(tǒng)產(chǎn)生的功率是黑暗中的兩倍。他們的研究結(jié)果發(fā)表于焦耳。

在2016年的一篇論文中，來自LBEN的一個團隊首次表明2D膜代表了滲透力生產(chǎn)的潛在革命。但當(dāng)時，實驗并未使用真實世界的條件(見插圖)。

增加光線意味著該技術(shù)已經(jīng)向?qū)嶋H應(yīng)用邁進了一步。該系統(tǒng)包括兩個充滿液體的隔室，鹽濃度明顯不同，由二硫化鉬(MoS2)膜隔開。在膜的中間是一個納米孔 - 一個直徑在3到10納米(百萬分之一毫米)之間的小孔。

每當(dāng)鹽離子從高濃度溶液通過空穴進入低濃度溶液時，電子就會轉(zhuǎn)移到電極上，從而產(chǎn)生電流。

系統(tǒng)的發(fā)電潛力取決于許多因素 - 尤其是膜本身，為了產(chǎn)生最大電流，膜本身需要很薄。納米孔還必須具有選擇性，以在兩種液體之間產(chǎn)生電位差(電壓)，就像在傳統(tǒng)電池中一樣。納米孔允許帶正電的離子通過，同時推開大部分帶負電的離子。

該系統(tǒng)非常平衡。納米孔和膜必須是高度帶電的，并且需要多個相同尺寸的納米孔，這是技術(shù)上具有挑戰(zhàn)性的過程。

研究人員通過使用低強度激光同時解決了這兩個問題。光釋放嵌入的電子并使它們積聚在膜的表面，這增加了材料的表面電荷。結(jié)果，納米孔更具選擇性并且電流增加。

“總的來說，這兩種效應(yīng)意味著我們不必太擔(dān)心納米孔的大小，”LBEN研究員Martina Lihter解釋道。“這對于大規(guī)模生產(chǎn)這項技術(shù)來說是個好消息，因為這些孔不一定是完美和均勻的。”

根據(jù)研究人員的說法，可以使用鏡子和鏡頭系統(tǒng)將這種光引導(dǎo)到河口河口的膜上。類似的系統(tǒng)用于太陽能集熱器和聚光器 - 這種技術(shù)已廣泛應(yīng)用于光伏領(lǐng)域。“從本質(zhì)上講，該系統(tǒng)可以日夜產(chǎn)生滲透力，”該論文的第一作者邁克爾格拉夫解釋道。“在白天，產(chǎn)量將增加一倍。”

研究人員現(xiàn)在將通過探索擴大膜生產(chǎn)的可能性，解決一系列挑戰(zhàn)(如最佳孔密度)來開展工作。在將該技術(shù)用于實際應(yīng)用之前，還有許多工作要做。例如，超薄膜需要機械穩(wěn)定。這可以通過使用包含致密陣列的氮化硅膜的硅晶片來完成，其易于制造且便宜。

由LBEN領(lǐng)導(dǎo)的這項研究是作為兩個EPFL實驗室(LANES和LBEN)與伊利諾伊大學(xué)厄巴納 - 香檳分校電氣和計算機工程系研究人員合作的一部分進行的。

早在2016年，LBEN的研究人員就報告說，他們第一次在二維膜上產(chǎn)生滲透力，僅測量三個原子厚度。該實驗是一個重要的證明，納米材料可能確實代表了這一領(lǐng)域的一場革命，直接應(yīng)用設(shè)想為可再生能源和小型，便攜式能源。

當(dāng)時，為了實現(xiàn)高發(fā)電量，研究人員不得不在堿性環(huán)境中運行，其pH值很高，遠遠低于河口的水平。需要高pH來增加MoS 2的表面電荷并改善滲透功率輸出。

這一次，研究人員發(fā)現(xiàn)光可以發(fā)揮作用，使其能夠在真實條件下運行，而不是使用化學(xué)處理。