再生可能エネルギーの革命：革新的な塩電池が
浸透圧エネルギーを効率的に活用
Revolutionizing Renewable Energy: Innovative Salt Battery Efficiently Harvests Osmotic Power
By American Chemical Society
https://scitechdaily.com/ 2024.04.24
容量不足になる可能性があるので、図は省略した。
改良された膜(黄色の線)により塩水(左のタンク)と淡水(右のタンク)が出会う河口で見られるような塩分勾配から得られる浸透圧エネルギーの量が劇的に増加した。
新しい半透膜は、河口域での浸透圧エネルギー出力を2倍にし、接続可能な発電の可能性を示している。
淡水の川が塩分の多い海と出会う河口は、バードウォッチングやカヤックに最適な場所である。これらの地域では、異なる塩分濃度の水が混ざり合い、持続可能な「青い」浸透エネルギーの源となる可能性がある。ACS Energy Letters誌では、研究者が半透膜を作成し、塩分勾配から浸透エネルギーを収集して電気に変換することを報告している。
新しい設計の出力電力密度は、実験室での実証で市販の膜の2倍以上であった。
浸透エネルギー技術の進歩
浸透エネルギーは塩分勾配がある場所ならどこでも生成できるが、この再生可能エネルギーを捕捉する利用可能な技術には改善の余地がある。1つの方法は、逆電気透析膜の配列を使用する。これは一種の「塩電池」として機能し、塩分勾配によって生じる圧力差から電気を生成する。
この勾配を均一にするために、ナトリウムなどの海水からの正電荷イオンがシステムを通って淡水に流れ、膜にかかる圧力が高まる。さらに集電力を高めるには、電子がイオンと反対方向に容易に流れるようにすることで、膜の内部電気抵抗を低く保つ必要もある。
以前の研究では、逆電気透析膜を横切るイオンの流れと電子輸送の効率の両方を改善することで、浸透エネルギーから捕捉される電気量が増加する可能性が高いことが示唆されている。そこで、Dongdong Ye, Xingzhen Qinらは、理論的には内部抵抗を最小限に抑え、出力を最大化する環境に優しい材料から半透膜を設計した。
研究者による革新的な膜設計
研究者の逆電気透析膜プロトタイプには、イオン輸送と電子輸送のための別々の(つまり分離された)チャネルが含まれる。研究者は、負に帯電したセルロース・ハイドロゲル(イオン輸送用)を、ポリアニリンと呼ばれる有機導電性ポリマー(電気輸送用)の層の間に挟むことで実現した。
初期テストでは、分離輸送チャネルにより、同じ材料で作られた均質膜と比較してイオン伝導率が高く、抵抗率が低くなると言う理論が確認された。河口環境をシミュレートした水槽で、プロトタイプは市販の逆電気透析膜の2.34倍の出力電力密度を達成し、16日間の連続動作中も性能を維持し、水中での長期にわたる安定した性能を実証した。
最終テストでは、チームは20枚の逆電気透析膜から塩電池アレイを作成し、計算機、LEDライト、ストップウォッチに個別に電力を供給するのに十分な電力を生成した。
実用化と将来の展望
Ye, Qin,およびチーム・メンバーは、彼等の研究結果により、逆電気透析膜の製造に使用できる生態学的材料の範囲の広がり、浸透圧エネルギー収集性能が向上し、これらのシステムが現実世界でより実現可能にたったと述べている。
