Arrastre de Coulomb
Roberto Klatt
Diferencia de salinidad entre el agua de mar y el agua dulce.
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La diferencia de salinidad entre el agua de mar y el agua dulce es una fuente de energía casi sin explotar. Ahora se ha presentado un dispositivo de nanofluidos capaz de convertir el flujo natural de iones en energía eléctrica utilizable.
Urbana (Estados Unidos). La búsqueda de nuevas fuentes de energía que sean lo más neutras posible desde el punto de vista climático es uno de los mayores retos a los que se enfrenta la ciencia. Investigadores de la Universidad Normal del Noreste (NENU) desarrollaron recientemente un generador innovador utilizando un nanomaterial que genera energía a partir de la humedad. Otra fuente de energía poco utilizada hasta ahora es la diferencia de salinidad entre el agua de mar y el agua dulce.
Cuando dos cuerpos de agua con diferente salinidad se encuentran, las moléculas de sal fluyen de concentraciones más altas a concentraciones más bajas. La energía de estos flujos se puede aprovechar porque están formados por iones que se forman a partir de sal disuelta.
El dispositivo de nanofluidos utiliza flujo de iones.
Investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign (UIUC), dirigidos por Jean-Pierre Leburton, han presentado en la revista especializada Nano Energy un dispositivo de nanofluidos capaz de convertir el flujo natural de iones en los límites del agua de mar y dulce en energía eléctrica utilizable.
“Aunque nuestro diseño es todavía un concepto, ya muestra una gran versatilidad y un gran potencial para aplicaciones energéticas. Todo comenzó con una pregunta académica: «¿Puede un dispositivo de estado sólido a nanoescala extraer energía del flujo de iones?» – pero nuestro diseño superó nuestras expectativas y nos sorprendió en muchos sentidos”.
Arrastre de Coulomb
El dispositivo semiconductor utiliza la llamada resistencia de Coulomb, que existe entre el flujo de iones y las cargas eléctricas. A medida que los iones fluyen a través de un canal estrecho, las fuerzas eléctricas hacen que las cargas se muevan de un lado a otro, produciendo una corriente eléctrica.
Dispositivo de nanofluidos
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Cuando los científicos simularon su dispositivo, observaron dos comportamientos sorprendentes. Aunque esperaban que la resistencia de Coulomb surgiera principalmente de la fuerza de atracción entre cargas eléctricas opuestas, las simulaciones revelaron que la técnica funciona bien incluso cuando las fuerzas eléctricas son repulsivas. Como explica Mingye Xiong, tanto los iones con carga positiva como la negativa desencadenan la resistencia de Coulomb.
“También es interesante observar que nuestro estudio muestra un efecto de amplificación. Debido a que los iones en movimiento son tan masivos en comparación con las cargas del dispositivo, los iones transfieren grandes cantidades de impulso a las cargas, amplificando la corriente que hay debajo”.
Además, los investigadores descubrieron que la resistencia de Coulomb es independiente de la configuración específica del canal y de la elección del material si el diámetro del canal es lo suficientemente estrecho como para garantizar una estrecha proximidad entre los iones y las cargas.
“Creemos que la densidad de potencia de un conjunto de dispositivos puede igualar o incluso superar la de las células solares. Sin mencionar las posibles aplicaciones en otras áreas como la detección biomédica y los nanofluidos».
Actualmente, los investigadores están patentando sus hallazgos y desarrollando un dispositivo para la generación práctica de electricidad.
Nanoenergía, doi: 10.1016/j.nanoen.2023.108860
