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滲透型河口發電系統配合「光照」,可提高發電功率 2 倍

公告類型: 奈米新知
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太陽能、風能等綠色再生能源正在世界各地蓬勃發展,但它們的間歇性缺點依然有待克服。一些科學家致力於研究無間歇性問題的「藍色能源」,比如海水鹽差能,而最近瑞士科學家發現若藉助光的作用,可以進一步提升海水鹽差能的發電功率 2 倍。

當把兩種濃度不同的鹽溶液倒在同一容器時,高濃度溶液中的鹽類離子會自發往低濃度溶液擴散,直到兩者濃度相等為止,同理,海水鹽差能(osmotic power)就是利用海水和淡水之間(或兩種含鹽濃度不同的水)的這種化學電位差能,經其他技術如滲透法、蒸汽壓力差、電析方法、太陽能鹽水池等轉換為電能。

最常見的一種海水鹽差能,為利用滲透法(鹽離子從鹹海水流到河水)的河口發電,其他比如淡水地區的鹽湖和地下鹽礦也可以利用鹽差能發電,常被稱為藍色能源(blue energy)。過去,荷蘭,挪威等國已經在試著利用「可逆電透析法(reverse electrodialysis,RED)」、緩壓滲透法(pressure retarded osmosis,PRO)等將海水鹽差能商業化。

而瑞士洛桑聯邦理工學院(EPFL)的科學家們最近做了個實驗,將光照在結合水及鹽分、僅 3 個原子厚度的薄膜上,發現可以因此增強滲透效率,增加更多電力。

這個系統模仿了河口條件,首先區分出鹽分濃度明顯不同的兩個液體腔室,中間以二硫化鉬(MoS2)膜隔開,膜的中間開了一個直徑約 3~10 奈米(百萬分之一毫米)的小孔,當鹽離子從高濃度溶液經過小孔進入低濃度溶液時,電子就會轉移到電極上,從而產生電流。

過去,這種方法對膜的要求非常高,因為膜必須很薄,且得具選擇性:讓帶正電的離子通過,推開大部分帶負電的離子,技術上相當有挑戰性,在瑞士科學家利用低強度雷射光解決了這些問題。研究人員發現,光釋出的電子會積聚在薄膜表面增加材料表面電荷,進而導致電流增加。

研究人員說,這代表未來的河口發電系統可以配合聚光鏡面,將光匯聚在薄膜上,如此一來,白天發電量可以增加達 1 倍。如果這項技術能夠落實應用,代表這道藍色能源可以只靠天然的光就增加功率輸出,而不需額外使用化學方法處理。新論文發表在《Joule》期刊。

資料來源:http://technews.tw/2019/05/27/estuary-electricity-osmotic-power-reverse-electrodialysis-blue-energy/

發布日期: 2019/08/14
發布人員: 王芊樺