Un nouveau nanodispositif développé par l’équipe Urbana-Champaign de l’Université de l’Illinois peut produire de l’électricité à partir des différences de salinité entre l’eau de mer et l’eau douce, démontrant ainsi le potentiel de production d’énergie évolutive et d’applications dans divers domaines.
Les côtes du monde abritent une source d’énergie largement inexploitée : la différence de salinité entre l’eau de mer et l’eau douce. Un nouveau nanodispositif peut exploiter cette différence pour générer de l’énergie.
Une équipe de chercheurs de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign a rapporté dans la revue la conception d’un dispositif nanofluidique capable de convertir le flux ionique en énergie électrique utilisable. Nanoénergie. L’équipe pense que leur dispositif pourrait être utilisé pour extraire l’énergie des flux ioniques naturels aux limites de l’eau de mer et de l’eau douce.
Concept et applications potentielles
« Bien que notre conception soit encore un concept à ce stade, elle est assez polyvalente et montre déjà un fort potentiel pour les applications énergétiques », a déclaré Jean-Pierre Leburton, professeur de génie électrique et informatique à l’Université d’I., et chef du projet. « Cela a commencé par une question académique : « Un à l’échelle nanométrique Un dispositif à semi-conducteurs extrait l’énergie du flux ionique ? – mais notre conception a dépassé nos attentes et nous a surpris à bien des égards.
Le dispositif nanofluidique génère de l’énergie avec un graphique d’eau salée. Crédit : Le Grainger College of Engineering de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign
Lorsque deux plans d’eau de salinité différente se rencontrent, par exemple là où une rivière se jette dans un océan, les molécules de sel s’écoulent naturellement d’une concentration plus élevée vers une concentration plus faible. L’énergie de ces flux peut être récupérée car ils sont constitués de particules chargées électriquement appelées ions qui se forment à partir du sel dissous.
Dispositif semi-conducteur à l’échelle nanométrique
Le groupe de Leburton a conçu un dispositif semi-conducteur à l’échelle nanométrique qui tire parti d’un phénomène appelé « traînée coulombienne » entre les ions circulant et les charges électriques dans le dispositif. Lorsque les ions circulent à travers un canal étroit de l’appareil, les forces électriques provoquent le déplacement des charges de l’appareil d’un côté à l’autre, créant une tension et un courant électrique.
Les chercheurs ont découvert deux comportements surprenants lorsqu’ils ont simulé leur appareil. Premièrement, alors qu’ils s’attendaient à ce que la traînée coulombienne se produise principalement par la force attractive entre des charges électriques opposées, les simulations ont indiqué que le dispositif fonctionne tout aussi bien si les forces électriques sont répulsives. Les ions chargés positivement et négativement contribuent à la traînée.
« Tout aussi remarquable, notre étude indique qu’il existe un effet d’amplification », a déclaré Mingye Xiong, étudiant diplômé du groupe de Leburton et auteur principal de l’étude. « Étant donné que les ions en mouvement sont si massifs par rapport aux charges de l’appareil, les ions confèrent une grande quantité d’impulsion aux charges, amplifiant le courant sous-jacent. »
Polyvalence et indépendance matérielle de l’appareil
Les chercheurs ont également découvert que ces effets sont indépendants de la configuration spécifique du canal ainsi que du choix des matériaux, à condition que le diamètre du canal soit suffisamment étroit pour garantir la proximité entre les ions et les charges.
Les chercheurs sont en train de breveter leurs découvertes et étudient comment des réseaux de ces dispositifs pourraient évoluer pour une production d’énergie pratique.
« Nous pensons que la densité de puissance d’un ensemble de dispositifs pourrait atteindre ou dépasser celle des cellules solaires », a déclaré Leburton. « Et cela sans parler des applications potentielles dans d’autres domaines comme la détection biomédicale et la nanofluidique. »
