纳米流体装置利用盐水发电

世界海岸线有一个很大程度上尚未开发的能源：海水和淡水之间的盐度差异。一种新的纳米设备可以利用这种差异来发电。

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的一组研究人员在《纳米能源》杂志上报告了一种纳米流体装置的设计，该装置能够将离子流转化为可用的电力。该团队相信他们的设备可用于从海水-淡水边界的自然离子流中提取能量。

伊利诺伊大学电气与计算机工程教授兼项目负责人让-皮埃尔·勒伯顿(Jean-PierreLeburton)表示：“虽然我们的设计现阶段仍处于概念阶段，但它用途广泛，并且已经在能源应用方面显示出强大的潜力。”“它始于一个学术问题——‘纳米级固态装置能否从离子流中提取能量?’——但我们的设计超出了我们的预期，并在很多方面让我们感到惊讶。”

当两个盐度不同的水体相遇时，例如河流流入海洋，盐分子自然会从浓度较高的地方流向浓度较低的地方。这些流的能量可以被收集，因为它们由称为离子的带电粒子组成，这些粒子是由溶解的盐形成的。

Leburton的团队设计了一种纳米级半导体器件，该器件利用了器件中流动离子和电荷之间一种称为“库仑阻力”的现象。当离子流过设备中的狭窄通道时，电力导致设备电荷从一侧移动到另一侧，从而产生电压和电流。

研究人员在模拟设备时发现了两种令人惊讶的行为。首先，虽然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，如果电力是排斥的，该设备同样可以很好地工作。带正电和带负电的离子都会产生阻力。

“同样值得注意的是，我们的研究表明存在放大效应”，Leburton小组的研究生、该研究的主要作者MingyeXiong说。“由于移动的离子与设备电荷相比非常巨大，因此离子向电荷传递大量动量，从而放大了潜在的电流。”

研究人员还发现，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的接近。

研究人员正在为他们的发现申请专利，他们正在研究如何扩展这些设备的阵列以实现实际发电。

“我们相信设备阵列的功率密度可以达到或超过太阳能电池的功率密度，”莱伯顿说。“更不用说在生物医学传感和纳米流体等其他领域的潜在应用了。”

研究人员的文章“纳米流体半导体通道中的离子库仑阻力用于能量收集”可在线获取。宋科伟也对这项工作做出了贡献。