Un pequeño dispositivo que utiliza sal para generar energía limpia

Fuente: stock_colors/iStock

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Un nuevo dispositivo más pequeño que un cabello humano puede generar electricidad a partir de la diferencia de salinidad entre el agua de mar y el agua dulce. Esta podría ser una nueva fuente de energía limpia en las costas del mundo.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign ha informado en la revista Nano Energy sobre el diseño de un dispositivo que puede convertir el flujo de iones de sal en energía eléctrica. El dispositivo está hecho de materiales semiconductores a nanoescala y funciona mediante un fenómeno llamado "arrastre de Coulomb". El equipo cree que su dispositivo podría usarse para recolectar energía de los gradientes naturales de sal en los límites del agua de mar y el agua dulce.

El líder del proyecto, Jean-Pierre Leburton, profesor de ingeniería eléctrica e informática, dijo que su diseño todavía era un concepto en esta etapa, pero era muy versátil y mostraba un gran potencial para aplicaciones energéticas. Dijo que comenzaron con una pregunta académica: "¿Puede un dispositivo de estado sólido a nanoescala extraer energía del flujo iónico?" – pero su diseño los sorprendió en muchos sentidos.

Cuando el agua de mar y el agua dulce se encuentran, como en la desembocadura de un río, las moléculas de sal pasan naturalmente de una concentración mayor a una menor. Este movimiento se puede utilizar para generar electricidad porque las moléculas de sal están formadas por partículas cargadas eléctricamente llamadas iones.

Créditos: Facultad de Ingeniería Grainger de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign

El grupo de Leburton diseñó un dispositivo que tiene un canal estrecho por donde fluyen los iones. Las fuerzas eléctricas entre los iones y las cargas en el dispositivo hacen que las cargas se muevan de un lado a otro creando voltaje y corriente eléctrica.

El autor principal del estudio, Mingye Xiong, estudiante de posgrado del grupo de Leburton, dijo que descubrieron dos comportamientos inesperados cuando simularon su dispositivo. Dijo que descubrieron que el dispositivo funcionaba igualmente bien ya sea que las fuerzas eléctricas fueran atractivas o repulsivas. También dijo que tanto los iones positivos como los negativos contribuían al arrastre.

Xiong también dijo que hubo un efecto de amplificación. Explicó que los iones eran mucho más pesados ​​que las cargas del dispositivo, por lo que transfirieron mucho impulso a las cargas, aumentando la corriente subyacente.

Los investigadores también descubrieron que estos efectos no dependían de la forma específica del canal o de la elección de los materiales, siempre que el canal fuera lo suficientemente estrecho como para garantizar la cercanía entre los iones y las cargas.

Los investigadores están en proceso de patentar sus hallazgos y están estudiando cuántos dispositivos se pueden conectar para producir más energía.

Leburton dijo que creía que la densidad de potencia de un conjunto de dispositivos podría igualar o superar la de las células solares. También mencionó las posibles aplicaciones en otros campos como la detección biomédica y los nanofluidos.

El estudio fue publicado en la revista Nano Energy.

La aparición de corriente electrónica en una membrana de silicio dopada inducida por la interacción de Coulomb de largo alcance de iones que fluyen a través de un canal nanofluídico se establece mediante un enfoque computacional y analítico combinado basado en la técnica de la función de Green y el formalismo de transporte de Boltzmann. Caracterizado por un voltaje de circuito abierto y una corriente de cortocircuito, el arrastre electrónico de Coulomb proporciona un nuevo paradigma para la recolección de energía. Además, nuestro modelo predice una amplificación de la corriente de arrastre iónica debido a la gran transferencia de impulso de los iones pesados ​​a los portadores de carga en el silicio, que se logra tanto para los aniones como para los cationes que fluyen en el nanocanal, independientemente del tipo de dopante en el semiconductor. El análisis indica la versatilidad de este efecto con respecto a la naturaleza del electrolito y de los materiales semiconductores, proporcionando una adecuada sintonía de sus estructuras y configuraciones de diseño.