bruce Anane
Il existe une source d’énergie largement inexploitée le long des côtes du monde : la différence de salinité entre l’eau de mer et l’eau douce. Un nouveau nanodispositif peut exploiter cette différence pour générer de l’énergie.
Une équipe de chercheurs de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign a rapporté dans la revue Nano Energy la conception d’un dispositif nanofluidique capable de convertir le flux d’ions en énergie électrique utilisable. L’équipe pense que leur appareil pourrait être utilisé pour extraire l’énergie des flux d’ions naturels aux frontières entre l’eau de mer et l’eau douce.
« Bien que notre projet soit encore un concept à ce stade, il est assez polyvalent et montre déjà un fort potentiel pour les applications énergétiques », a déclaré Jean-Pierre Leburton, professeur de génie électrique et informatique et chef de projet à l’Université. « Tout a commencé avec une question académique : ‘Un dispositif à l’état solide à l’échelle nanométrique peut-il extraire l’énergie du flux d’ions ?’ – mais notre conception a dépassé nos attentes et nous a surpris à bien des égards.
Lorsque deux plans d’eau de salinité différente se rencontrent, comme lorsqu’une rivière se jette dans l’océan, les molécules de sel s’écoulent naturellement d’une concentration plus élevée vers une concentration plus faible. L’énergie de ces flux peut être récupérée car ils sont constitués de particules chargées électriquement appelées ions qui se forment à partir du sel dissous.
Le groupe de Leburton a conçu un dispositif semi-conducteur à l’échelle nanométrique qui exploite un phénomène appelé « traînée coulombienne » entre les ions circulant et les charges électriques dans le dispositif. Lorsque les ions circulent dans un canal étroit de l’appareil, les forces électriques provoquent le déplacement des charges de l’appareil d’un côté à l’autre, créant une tension et un courant électrique.
Les chercheurs ont découvert deux comportements surprenants lors de la simulation de leur appareil. Premièrement, alors qu’ils s’attendaient à ce que la résistance coulombienne se produise principalement par la force d’attraction entre des charges électriques opposées, les simulations ont indiqué que le dispositif fonctionne tout aussi bien si les forces électriques sont répulsives. Les ions chargés positivement et négativement contribuent à la résistance.
« Tout aussi remarquable, notre étude indique qu’il existe un effet d’amplification », a déclaré Mingye Xiong, étudiant diplômé du groupe de Leburton et auteur principal de l’étude. « Parce que les ions en mouvement sont si massifs par rapport aux charges de l’appareil, les ions confèrent une grande quantité d’impulsion aux charges, amplifiant le courant en dessous. »
Les chercheurs ont également découvert que ces effets sont indépendants de la configuration spécifique du canal et du choix des matériaux, à condition que le diamètre du canal soit suffisamment étroit pour garantir une proximité étroite entre les ions et les charges.
Les chercheurs sont en train de breveter leurs découvertes et étudient comment des réseaux de ces dispositifs pourraient s’adapter à la production pratique d’énergie.
« Nous pensons que la densité de puissance d’un ensemble de dispositifs pourrait égaler ou dépasser celle des cellules solaires », a déclaré Leburton. « Et cela sans parler des applications potentielles dans d’autres domaines tels que la détection biomédicale et la nanofluidique. »
Article original: La conception nanofluidique du groupe Leburton génère de l’énergie avec de l’eau salée
Plus de: Université de l’Illinois à Urbana Champaign
