蓝色能源有可能成为化石燃料的可持续替代品。简单来说，它涉及利用盐溶液中的离子从高浓度移动到低浓度时产生的能量。包括大阪大学研究人员在内的一个团队探究了电压对离子通过纳米孔膜的影响，以展示对这一过程的更大控制。
在最近发表在《ACS Nano》上的一项研究中，研究人员研究了如何调整离子通过构成膜的纳米孔阵列的流动，以及这种控制如何使大规模应用该技术成为现实。
如果膜是由带电材料制成的，纳米孔可以通过吸引带相反电荷的溶液离子来产生电流。然后，带相同电荷的离子可以通过孔隙产生电流。这意味着孔隙材料非常重要，选择它是迄今为止控制流量和电流的手段。
然而，在一系列不同的材料中产生完全相同的孔隙结构以了解它们的比较性能是一项挑战。因此，研究人员决定研究另一种方法来控制离子在纳米孔膜上的流动。
“我们不是简单地使用膜的基本表面电荷来控制流动，而是观察施加电压时会发生什么，”研究的主要作者 Makusu Tsutsui 解释说。“我们使用嵌入在膜上的栅极电极通过电压控制场，其方式类似于半导体晶体管在传统电路中的工作方式。”
研究人员发现，不施加电压时，阳离子(带正电的离子)的流动不会产生电荷，因为它们被带负电的膜表面吸引。
但是，如果施加不同的电压，可以调整这种性能以允许阳离子流动，甚至提供对阳离子的完全选择性。这使渗透能效率提高了六倍。 “通过提高构成膜的纳米孔表面的电荷密度，我们实现了 15 W/m 2的功率密度，”资深作者 Tomoji Kawai 说。 “从技术进步的角度来看，这非常令人鼓舞。” 研究结果揭示了纳米孔膜在日常应用中的扩展潜力。希望纳米孔渗透发电机能够提供一种将蓝色能源带入主流的手段，以实现更可持续的能源未来。