Diese Salzbatterie erntet osmotische Energie dort, wo der Fluss auf das Meer trifft

26.04.2024

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Flussmündungen - dort, wo Süßwasserflüsse auf das salzige Meer treffen - sind großartige Orte für Vogelbeobachtungen und Kajakfahrten. In diesen Gebieten vermischen sich Gewässer mit unterschiedlichen Salzkonzentrationen und können Quellen für nachhaltige, "blaue" osmotische Energie sein. Forscher berichten in ACS Energy Letters über die Entwicklung einer halbdurchlässigen Membran, die osmotische Energie aus Salzgradienten gewinnt und in Strom umwandelt. Das neue Design wies eine Leistungsdichte auf, die mehr als doppelt so hoch war wie die kommerzieller Membranen in Laborversuchen.

Osmotische Energie kann überall dort erzeugt werden, wo Salzgradienten vorhanden sind, aber die verfügbaren Technologien zur Gewinnung dieser erneuerbaren Energie sind verbesserungswürdig. Eine Methode verwendet eine Reihe von Reverse-Elektrodialyse-Membranen (RED), die als eine Art "Salzbatterie" fungieren und aus den durch das Salzgefälle verursachten Druckunterschieden Strom erzeugen. Um dieses Gefälle auszugleichen, fließen positiv geladene Ionen aus dem Meerwasser, wie z. B. Natrium, durch das System in das Süßwasser, wodurch der Druck auf die Membran erhöht wird. Um die Ernteleistung weiter zu erhöhen, muss die Membran auch einen niedrigen elektrischen Innenwiderstand aufweisen, damit die Elektronen leicht in die entgegengesetzte Richtung der Ionen fließen können. Frühere Forschungsarbeiten deuten darauf hin, dass eine Verbesserung sowohl des Ionenflusses durch die ROTE Membran als auch der Effizienz des Elektronentransports die Menge der aus der osmotischen Energie gewonnenen Elektrizität wahrscheinlich erhöhen würde. Daher entwarfen Dongdong Ye, Xingzhen Qin und Kollegen eine semipermeable Membran aus umweltfreundlichen Materialien, die theoretisch den Innenwiderstand minimieren und die Ausgangsleistung maximieren würde.

Der RED-Membranprototyp der Forscher enthielt separate (d. h. entkoppelte) Kanäle für den Ionentransport und den Elektronentransport. Dies erreichten sie, indem sie ein negativ geladenes Zellulosehydrogel (für den Ionentransport) zwischen Schichten aus einem organischen, elektrisch leitfähigen Polymer namens Polyanilin (für den Elektronentransport) einfügten. Erste Tests bestätigten ihre Theorie, dass entkoppelte Transportkanäle zu einer höheren Ionenleitfähigkeit und einem geringeren Widerstand im Vergleich zu homogenen Membranen aus denselben Materialien führen. In einem Wassertank, der eine Flussmündung simulierte, erreichte ihr Prototyp eine 2,34-mal höhere Ausgangsleistungsdichte als eine kommerzielle RED-Membran und hielt seine Leistung 16 Tage lang ohne Unterbrechung aufrecht, was seine langfristige, stabile Leistung unter Wasser beweist. In einem abschließenden Test erstellte das Team ein Salzbatterie-Array aus 20 ihrer RED-Membranen und erzeugte genug Strom, um einen Taschenrechner, eine LED-Leuchte und eine Stoppuhr zu betreiben.

Ye, Qin und ihre Teammitglieder sagen, dass ihre Ergebnisse die Palette ökologischer Materialien erweitern, die für die Herstellung von RED-Membranen verwendet werden könnten, und die osmotische Energiegewinnungsleistung verbessern, wodurch diese Systeme für den realen Einsatz praktikabler werden.

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Originalveröffentlichung

Zhijiang Xie, Zhongrun Xiang, Xiaotong Fu, Zewan Lin, Chenlu Jiao, Ke Zheng, Mei Yang, Xingzhen Qin, Dongdong Ye; "Decoupled Ionic and Electronic Pathways for Enhanced Osmotic Energy Harvesting"; ACS Energy Letters, 2024-4-24

https://www.chemie.de/news/1183312/diese-salzbatterie-erntet-osmotische-energie-dort-wo-der-fluss-auf-das-meer-trifft.html