Um pequeno dispositivo que usa sal para gerar energia limpa

Fonte: stock_colors/iStock

Ao se inscrever, você concorda com nossos Termos de Uso e Políticas. Você pode cancelar a assinatura a qualquer momento.

Um novo dispositivo menor que um fio de cabelo humano pode gerar eletricidade a partir da diferença de salinidade entre a água do mar e a água doce. Esta poderia ser uma nova fonte de energia limpa ao longo das costas do mundo.

Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Illinois Urbana-Champaign relatou um projeto para um dispositivo que pode converter o fluxo de íons de sal em energia elétrica na revista Nano Energy. O dispositivo é feito de materiais semicondutores em nanoescala e funciona usando um fenômeno chamado “arrasto de Coulomb”. A equipe acredita que seu dispositivo poderia ser usado para coletar energia dos gradientes naturais de sal nas fronteiras da água do mar e da água doce.

O líder do projeto, Jean-Pierre Leburton, professor de engenharia elétrica e de computação, disse que o seu design ainda era um conceito nesta fase, mas era muito versátil e apresentava grande potencial para aplicações energéticas. Ele disse que começaram com uma questão acadêmica – 'Um dispositivo de estado sólido em nanoescala pode extrair energia do fluxo iônico?' – mas seu design os surpreendeu de várias maneiras.

Quando a água do mar e a água doce se encontram, como na foz de um rio, as moléculas de sal movem-se naturalmente de uma concentração mais elevada para uma concentração mais baixa. Esse movimento pode ser usado para gerar eletricidade porque as moléculas de sal são feitas de partículas eletricamente carregadas chamadas íons.

Créditos: Grainger College of Engineering da Universidade de Illinois Urbana-Champaign

O grupo de Leburton projetou um dispositivo que possui um canal estreito por onde os íons fluem. As forças elétricas entre os íons e as cargas no dispositivo fazem com que as cargas se movam de um lado para o outro, criando tensão e corrente elétrica.

O principal autor do estudo, Mingye Xiong, estudante de pós-graduação do grupo de Leburton, disse que descobriram dois comportamentos inesperados ao simular seu dispositivo. Ele disse que descobriram que o dispositivo funcionava igualmente bem, quer as forças elétricas fossem atrativas ou repulsivas. Ele também disse que tanto os íons positivos quanto os negativos contribuíram para o arrasto.

Xiong também disse que houve um efeito de amplificação. Ele explicou que os íons eram muito mais pesados ​​do que as cargas do dispositivo, por isso transferiam muito impulso para as cargas, aumentando a corrente subjacente.

Os pesquisadores também descobriram que esses efeitos não dependiam do formato específico do canal ou da escolha dos materiais, desde que o canal fosse estreito o suficiente para garantir a proximidade entre os íons e as cargas.

Os pesquisadores estão patenteando suas descobertas e estudando quantos dispositivos podem ser conectados para produzir mais energia.

Leburton disse acreditar que a densidade de potência de um conjunto de dispositivos poderia igualar ou exceder a das células solares. Ele também mencionou as aplicações potenciais em outros campos, como detecção biomédica e nanofluídica.

O estudo foi publicado na revista Nano Energy

O início da corrente eletrônica em uma membrana de silício dopada induzida pela interação Coulomb de íons de longo alcance fluindo através de um canal nanofluídico é estabelecido por uma abordagem computacional e analítica combinada baseada na técnica de função de Green e no formalismo de transporte de Boltzmann. Caracterizado por uma tensão de circuito aberto e corrente de curto-circuito, o arrasto eletrônico de Coulomb fornece um novo paradigma para a coleta de energia. Além disso, nosso modelo prevê uma amplificação da corrente de arrasto iônico devido à grande transferência de momento de íons pesados ​​para carregar portadores no silício, o que é alcançado tanto para ânions quanto para cátions fluindo no nanocanal, independentemente do tipo de dopante no semicondutor. A análise indica a versatilidade deste efeito no que diz respeito à natureza do eletrólito e dos materiais semicondutores, proporcionando ajuste adequado de suas estruturas e configurações de projeto.