塩電池は川と海が出会う場所で浸透圧エネルギーを採取する
Salt Battery Harvests Osmotic Energy Where the River Meets the Sea
By American Chemical Society
https://techxplore.com/ より 2024.04.24
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」浸透圧エネルギーの源となる可能性がある。
ACS Energy Lettersの研究者達は、塩分勾配から浸透圧エネルギーを収集して電気に変換する半透膜を作成したと報告している。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。
浸透圧エネルギーは塩分勾配がある場所ならそ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既存の技術には改善の余地がある。1つの方法は、塩分勾配によって生じる浸透圧差から電気を生成する一種の「塩電池」として機能する逆電気透析膜の配列を使用する。
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、浸透圧エネルギーから得られる電気量が増え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。
研究者達の逆電気透析膜のプロトタイプには、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)チャネルが含まれていた。彼等は、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(電子輸送用)と呼ばれる有機導電性ポリマーの層の間に挟むことでこれを作成した。
初期のテストでは、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性が高く、抵抗率が低くなるとい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倍の出力密度を達成し、1６日間連続稼働しても性能を維持し、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、電卓、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。
Ye、Qin、およびチーム・メンバーは、彼等の発見により、逆電気透析膜の製造に使用できるエコロジカル素材の範囲が広がり、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。
