Des chercheurs construisent des nanocanaux à partir de nanofeuilles d’oxyde de graphène pour récolter l’énergie osmotique des océans

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Résumé graphique. Le crédit: Journal de l’American Chemical Society (2022). DOI : 10.1021/jacs.2c04663

Lorsque l’on pense aux sources d’énergie renouvelables, c’est souvent le solaire ou l’éolien qui viennent à l’esprit en premier, mais qu’en est-il de l’énergie des océans ?


L’océan couvre plus de 70 % de la surface de la Terre, offrant un énorme potentiel d’énergie renouvelable et propre. Les chercheurs de l’Institute for Frontier Materials (IFM) espèrent libérer ce potentiel.

Dans un article publié dans le Journal de l’American Chemical Society, les chercheurs de l’IFM ont démontré comment une nouvelle technologie avancée de membrane nanomatériau bidimensionnelle (2D) peut améliorer les processus de récupération de l’énergie bleue. La récupération d’énergie bleue est une énergie renouvelable qui utilise la différence de teneur en sel entre l’eau de rivière et l’eau de mer pour produire de l’électricité.

“L’énergie des océans se compose de cinq formes : les marées, les vagues, les courants océaniques, les gradients de température et l’énergie du gradient de salinité, offrant une alternative potentielle et une ressource énergétique illimitée”, explique le professeur agrégé Weiwei Lei, qui dirige le projet de production d’énergie durable à IFM.

“Par conséquent, la récolte de l’énergie des océans à l’aide de dispositifs artificiels a suscité un énorme intérêt. En particulier, l’énergie du gradient de salinité, également appelée” énergie osmotique “ou” énergie bleue “, est très prometteuse pour le développement des énergies renouvelables.

“Elle dispose d’une énergie potentielle de 1 TW (8500 TWh en un an), qui dépasse la somme des énergies hydraulique, nucléaire, éolienne et solaire en 2015.

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“Avec le développement de la nanotechnologie et des nanomatériaux 2D, de nouvelles membranes de nanomatériaux 2D avec des nanopores et des nanocanaux ont été conçues pour la récupération de l’énergie bleue.

“Cependant, l’efficacité de récupération d’énergie de ces membranes est encore trop faible pour répondre aux exigences des applications pratiques en raison de leur résistance interne élevée et de leur faible sélectivité des ions.

“De nouvelles membranes de nanomatériaux 2D avancées dotées de propriétés nouvelles et robustes résoudront ce problème, qui est actuellement très demandé.”

Assoc. Le professeur Lei et les membres de son équipe ont introduit une stratégie pour optimiser les nanocanaux dans les membranes de nanomatériaux 2D afin de récolter plus d’énergie grâce à des volumes d’eau plus élevés.

Pour ce faire, les chercheurs ont construit des nanocanaux à partir de nanofeuilles d’oxyde de graphène. Les feuilles sont exfoliées chimiquement, secouant des fragments de nanofeuille réactifs lâches appelés fragments oxydatifs, qui se chargent dans des conditions alcalines. Les canaux chargés négativement attirent les ions positifs dans l’eau de mer. La pression osmotique peut alors “pousser” les ions à travers les canaux pour créer un courant net qui peut être récolté.

Avec cette approche, la membrane peut surmonter le compromis entre la perméabilité (la facilité avec laquelle les ions peuvent se déplacer à travers les canaux) et la sélectivité (encourager uniquement les ions positifs à se déplacer à travers les canaux). Cela donne Assoc. La membrane du professeur Lei stimule la génération d’énergie par rapport aux membranes d’oxyde de graphène qui n’ont pas été traitées pour inclure des fragments de nanofeuillets chargés négativement.

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Cette stratégie a augmenté la production d’énergie à des niveaux qui pourraient alimenter un petit appareil électronique.

“Cela signifie que nous pouvons récolter plus d’énergie grâce à de grands volumes d’eau. Cette génération d’énergie accrue est due aux nanocanaux élargis ainsi qu’à la densité de charge locale améliorée des fragments oxydatifs détachés.”

La nouvelle stratégie de conception de membranes utilisant ces fragments oxydatifs pour décorer les nanocanaux offre une approche alternative et facile pour de nombreuses applications qui peuvent exploiter les charges ioniques, telles que l’échange d’ions.

Assoc. Le professeur Lei dit qu’actuellement, cette recherche est encore limitée à un équipement de la taille d’un laboratoire, mais ils prévoient d’acheter une grande installation pour fabriquer une grande membrane et un dispositif pour l’application à grande échelle.

“Dans le monde réel, nous pensons que des membranes pourraient être installées à l’embouchure des rivières ou aux points de sortie des eaux usées de l’industrie”, Assoc. dit le professeur Lei.

“Les eaux usées des usines ou de l’industrie ont des ions de charge de surface différents avec une concentration plus élevée que l’eau ordinaire. Si nous pouvons mettre notre membrane à la fin de leurs processus avant que les eaux usées n’atteignent les cours d’eau naturels, nous pouvons récolter l’énergie et également traiter cette eau.

“Nous recherchons maintenant des partenaires industriels intéressés par le développement d’une nouvelle technologie membranaire pour la production d’énergie renouvelable.”

Plus d’information:
Yijun Qian et al, Stimulation de la conversion de l’énergie osmotique des membranes d’oxyde de graphène via le comportement d’auto-exfoliation dans les espaces de nano-confinement, Journal de l’American Chemical Society (2022). DOI : 10.1021/jacs.2c04663

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Fourni par l’Université Deakin

Citation: Des chercheurs construisent des nanocanaux à partir de nanofeuilles d’oxyde de graphène pour récolter l’énergie osmotique des océans (2022, 28 novembre) récupéré le 28 novembre 2022 sur https://phys.org/news/2022-11-nanochannels-graphene-oxide-nanosheets-harvest.html

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