纳米流体装置利用盐度差异发电

纳米流体装置用盐度差异发电。图片来源：伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校格兰杰工程学院

科技日报记者 张佳欣

全球海岸线上有一种尚未开发的能源，这种能源来自海水和淡水之间的盐度差异。现在，一种新的纳米设备可利用这种差异来发电。美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员设计了一种纳米流体设备，能够将离子流转化为可用电能。相关研究在线发表于新一期《纳米能源》杂志上。

新设备可用于从海水与淡水边界的自然离子流中提取能量。当两个盐度不同的水体相遇时（如河流流入海洋的地方），盐分子会从较高浓度流向较低浓度，这些流动的能量可被收集，因为它们由溶解的盐形成的带电粒子——离子组成。

研究团队设计了一种纳米级的半导体设备，它利用了设备中流动的离子和电荷之间的“库仑阻力”现象。当离子流过设备中的狭窄通道时，电力导致设备的电荷从一侧移到另一侧，从而产生电压和电流。

模拟发现了两个令人惊讶的行为。首先，他们预计库仑阻力主要是通过相反电荷之间的吸引力发生的，但模拟表明，如果电荷之间是排斥的，该装置同样能很好地工作。带正电荷的离子和带负电荷的离子都会产生阻力。

另外，研究人员还发现了一种放大效应。由于移动的离子与设备电荷相比质量很大，离子给电荷提供了大量的动量，放大了潜在的电流。这些效应与特定的通道配置以及材料的选择无关，只要通道直径足够窄，以确保离子和电荷之间接近即可。

研究人员正在研究如何将这些设备阵列扩展到实际发电应用中。他们相信，设备阵列的功率密度可达到或超过太阳能电池，设备阵列在生物医学传感和纳米流体学等其他领域也将具有更大的潜在应用。