Các nhà nghiên cứu xây dựng các kênh nano từ các tấm nano oxit graphene để thu năng lượng thẩm thấu của đại dương

Các nhà nghiên cứu xây dựng các kênh nano từ các tấm nano oxit graphene để thu năng lượng thẩm thấu của đại dương

    Các nhà nghiên cứu xây dựng các kênh nano từ các tấm nano oxit graphene để thu năng lượng thẩm thấu của đại dương
    bởi Đại học Deakin

    Researchers construct nanochannels from graphene oxide nanosheets to harvest ocean osmotic energy
    Trừu tượng đồ họa. Tín dụng: Tạp chí của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ (2022). DOI: 10.1021/jacs.2c04663
    Khi nghĩ đến các nguồn năng lượng tái tạo, người ta thường nghĩ đến năng lượng mặt trời hoặc gió trước tiên—nhưng còn năng lượng đại dương thì sao?

    Đại dương bao phủ hơn 70% bề mặt Trái đất—cung cấp tiềm năng to lớn về năng lượng tái tạo và năng lượng sạch. Các nhà nghiên cứu của Viện Vật liệu Biên giới (IFM) hy vọng sẽ khai thác được tiềm năng này.

    Trong một bài báo đăng trên Tạp chí của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ, các nhà nghiên cứu của IFM đã chứng minh cách công nghệ màng vật liệu nano hai chiều (2D) tiên tiến mới có thể cải thiện quy trình thu hoạch năng lượng xanh. Thu hoạch năng lượng xanh là năng lượng tái tạo sử dụng sự khác biệt về hàm lượng muối giữa nước sông và nước biển để tạo ra điện.

    "Năng lượng đại dương được tạo thành từ 5 dạng—thủy triều, sóng nước, dòng hải lưu, chênh lệch nhiệt độ và năng lượng chênh lệch độ mặn, cung cấp một nguồn năng lượng vô hạn, thay thế tiềm năng", Phó giáo sư Weiwei Lei, người đứng đầu dự án tạo năng lượng bền vững cho biết IFM.

    "Do đó, việc khai thác năng lượng đại dương thông qua các thiết bị nhân tạo đã thu hút rất nhiều sự quan tâm. Đặc biệt, năng lượng gradient độ mặn, còn được gọi là 'năng lượng thẩm thấu' hoặc 'năng lượng xanh', mang lại nhiều hứa hẹn cho sự phát triển của năng lượng tái tạo.

    "Nó có tiềm năng năng lượng 1 TW (8500 TW h trong một năm), vượt quá tổng năng lượng thủy lực, hạt nhân, gió và mặt trời vào năm 2015.

    "Với sự phát triển của công nghệ nano và vật liệu nano 2D, màng của vật liệu nano 2D mới với các lỗ nano và kênh nano được thiết kế để thu hoạch năng lượng xanh.

    "Tuy nhiên, hiệu quả thu hoạch năng lượng của các màng này vẫn còn quá thấp để đáp ứng nhu cầu của các ứng dụng thực tế do điện trở trong cao và độ chọn lọc ion thấp.

    "Màng vật liệu nano 2D tiên tiến mới với các đặc tính mới và mạnh mẽ sẽ giải quyết vấn đề này, hiện đang có nhu cầu cao."

    PGS. Giáo sư Lei và các thành viên trong nhóm của ông đã giới thiệu một chiến lược tối ưu hóa các kênh nano trong màng vật liệu nano 2D để thu được nhiều năng lượng hơn thông qua lượng nước lớn hơn.

    Để làm điều này, các nhà nghiên cứu đã xây dựng các kênh nano từ các tấm nano oxit graphene. Các tấm này được tẩy tế bào chết về mặt hóa học, làm rung chuyển các mảnh nanosheet phản ứng lỏng lẻo được gọi là các mảnh oxy hóa, chúng trở nên tích điện trong điều kiện kiềm. Các kênh tích điện âm thu hút các ion dương trong nước biển. Sau đó, áp suất thẩm thấu có thể "đẩy" các ion qua các kênh để tạo ra dòng điện ròng có thể được thu hoạch.

    Với cách tiếp cận này, màng có thể vượt qua sự đánh đổi giữa tính thấm (các ion có thể di chuyển qua các kênh dễ dàng như thế nào) và tính chọn lọc (chỉ khuyến khích các ion dương di chuyển qua các kênh). Điều này mang lại cho PGS. Màng của Giáo sư Lei tăng khả năng tạo ra năng lượng so với màng oxit graphene chưa được xử lý để bao gồm các mảnh nanosheet tích điện âm.

    Chiến lược này đã thúc đẩy việc tạo ra năng lượng đến mức có thể cung cấp năng lượng cho một thiết bị điện tử nhỏ.

    "Điều này có nghĩa là chúng ta có thể thu được nhiều năng lượng hơn thông qua lượng nước lớn. Việc tạo ra năng lượng được tăng cường này là do các kênh nano được mở rộng cùng với mật độ điện tích cục bộ được tăng cường của các mảnh oxy hóa đã tách ra."

    Chiến lược mới về thiết kế màng sử dụng các mảnh oxy hóa này để trang trí các kênh nano cung cấp một phương pháp thay thế và dễ dàng cho nhiều ứng dụng có thể khai thác các điện tích ion, chẳng hạn như trao đổi ion.

    PGS. Giáo sư Lei cho biết hiện tại, nghiên cứu này vẫn còn giới hạn ở các thiết bị cỡ phòng thí nghiệm, tuy nhiên họ đang có kế hoạch mua cơ sở lớn để chế tạo màng và thiết bị lớn cho ứng dụng quy mô lớn.

    PGS. Giáo sư Lei nói.

    "Nước thải từ các nhà máy hoặc khu công nghiệp có các ion điện tích bề mặt khác nhau với nồng độ cao hơn so với nước thông thường. Nếu chúng ta có thể đặt màng của mình ở cuối quy trình trước khi nước thải chảy vào các nguồn nước tự nhiên, chúng ta có thể thu năng lượng và đồng thời xử lý nước đó.

    "Chúng tôi hiện đang tìm kiếm các đối tác trong ngành quan tâm đến việc phát triển công nghệ màng mới để tạo ra năng lượng tái tạo."

    Zalo
    Hotline