금요일, 4월 19, 2024

나노소자는 수돗물과 바닷물의 증발을 통해 에너지를 생성합니다.

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Ae Dong-Yul
Ae Dong-Yul
"트위터를 통해 다양한 주제에 대한 생각을 나누는 아 동율은 정신적으로 깊이 있습니다. 그는 맥주를 사랑하지만, 때로는 그의 무관심함이 돋보입니다. 그러나 그의 음악에 대한 열정은 누구보다도 진실합니다."

EPFL 연구자들은 수력전기 효과를 이용하는 나노장치가 순수한 물보다 이온 농도가 더 높은 액체의 증발로부터 전기를 수확할 수 있다는 사실을 발견했으며, 이를 통해 아직 개발되지 않은 광대한 에너지 잠재력이 드러났습니다.

증발은 자연적인 과정이므로 우리 대부분은 이를 당연하게 여깁니다. 실제로 지구에 도달하는 태양 에너지의 거의 절반이 증발됩니다. 2017년부터 연구자들은 액체가 나노장치의 충전된 표면 위로 통과할 때 전기를 수확할 수 있는 수력발전(HV) 효과를 통해 증발의 에너지 잠재력을 활용하기 위해 노력해 왔습니다. 증발은 수동 펌핑 메커니즘으로 작동하는 이러한 장치 내부의 나노채널 내에 연속적인 흐름을 생성합니다. 이 효과는 모세관 압력과 자연 증발의 조합으로 인해 물 이동이 일어나는 식물의 작은 모세관에서도 볼 수 있습니다.

현재 수력 발전 장치가 존재하지만 나노 규모의 고전압 에너지 생산을 지배하는 물리적 조건과 현상에 대한 기능적 이해가 거의 없습니다. 에너지 기술 나노과학 연구소 소장인 Giulia Tagliabue는 이것이 바로 정보 격차라고 말합니다.엘넷) 공과대학 박사과정 학생인 Tariq Anwar가 그 자리를 채우고 싶어했습니다. 그들은 고전압 장치를 개선하려는 목적으로 유체 흐름, 이온 흐름 및 고체-액체 상호 작용으로 인한 정전기 효과를 특성화하기 위해 실험과 다중물리 모델링의 조합을 활용했습니다.

“우리의 새롭고 고도로 제어된 플랫폼 덕분에 이것은 다양한 계면 상호 작용의 중요성을 강조하여 이러한 광전지 현상을 정량화하는 최초의 연구입니다. 그러나 그 과정에서 우리는 또한 광전지 장치가 대규모로 작동할 수 있다는 중요한 발견에 도달했습니다. .” 염분 범위가 넓기 때문에 최고의 성능을 위해서는 고순도 물이 필요하다는 사전 이해와 모순됩니다.”라고 Tagliabue는 말합니다.

LNET 연구에는 최근 출판됨 셀 매거진 프레스 장치에서.

증발 구동 고전압 시스템의 개략도 © Tarique Anwar, LNET EPFL, CC BY SA

다중물리 검출기 모델

연구진의 장치는 콜로이드 나노구 리소그래피라고 불리는 기술을 최초로 수력 전기로 응용한 것으로, 이를 통해 정확하게 간격을 둔 실리콘 나노기둥의 육각형 네트워크를 만들 수 있었습니다. 나노기둥 사이의 간격은 액체 샘플을 증발시키기 위한 이상적인 채널을 만들었으며 액체 제한 및 고체/액체 접촉 영역의 효과를 더 잘 이해할 수 있도록 미세 조정될 수 있습니다.

“염 용액을 포함하는 대부분의 유체 시스템에는 동일한 수의 양이온과 음이온이 있습니다. 그러나 유체를 나노채널에 가두면 표면 전하와 반대되는 극성을 가진 이온만 남게 됩니다.”라고 Anwar는 설명합니다. “이것은 액체가 나노채널을 통해 흐르게 하면 전류와 전압이 생성된다는 것을 의미합니다.”

Tagliabue는 “이것은 나노장치의 표면 전하의 화학적 균형을 활용하여 염분측정기를 통해 수력 전기 장치의 작동을 확장할 수 있다는 중요한 발견 때문입니다.”라고 덧붙였습니다. “실제로 액체 이온 농도가 증가함에 따라 나노 장치의 표면 전하도 증가합니다. 결과적으로 우리는 더 높은 농도의 액체로 작업하는 동안 더 큰 유체 채널을 사용할 수 있습니다. 이를 통해 수돗물이나 물과 함께 사용하기 위한 장치를 더 쉽게 제작할 수 있습니다. 바닷물.” “순수한 물과는 반대죠.”

실리콘 나노막대의 주사전자현미경 이미지 © Tarique Anwar, LNET EPFL, CC BY SA

물, 어디서나 물

증발은 다양한 온도 및 습도 범위에서, 심지어 밤에도 지속적으로 발생할 수 있기 때문에 보다 효율적인 고전압 장치에 대한 흥미로운 응용 분야가 많이 있습니다. 연구자들은 스위스 국립과학재단의 지원을 받아 이러한 가능성을 탐구하기를 희망하고 있습니다. 장학금을 시작하세요제네바 호수의 실제 조건에서 프로토타입을 포함하여 “크고 작은 규모의 폐열 회수 및 재생 에너지 생성을 위한 완전히 새로운 패러다임”을 개발하는 것을 목표로 합니다.

그리고 고전압 장치는 이론적으로 액체 또는 땀과 같은 습기가 있는 곳 어디에서나 전원을 공급할 수 있으므로 스마트 TV부터 건강 및 피트니스 웨어러블에 이르기까지 연결된 장치의 센서에 전원을 공급하는 데에도 사용할 수 있습니다. 광전지 에너지 수확 및 저장 시스템에 대한 LNET의 전문 지식을 바탕으로 Tagliabue는 빛과 광열 효과를 사용하여 고전압 시스템에서 표면 전하 및 증발 속도를 제어하는 ​​방법을 배우고 싶어합니다.

마지막으로 연구자들은 고전압 시스템과 깨끗한 물 생성 사이의 중요한 시너지 효과도 확인했습니다.

“자연 증발은 증발 표면에서 생성된 증기를 응축하여 염수에서 담수를 수확할 수 있는 담수화 공정을 추진하는 데 사용됩니다. 이제 고전압 시스템을 사용하여 깨끗한 물을 생산하고 동시에 전기를 활용하는 것을 상상할 수 있습니다. 시간입니다.”라고 Anwar는 설명합니다.

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