Ioniske solceller kunne levere on-demand vandafsaltning

Moderne solceller, som bruger energi fra lys til at generere elektroner og huller, der derefter transporteres ud af halvledende materialer og ind i eksterne kredsløb til menneskelig brug, har eksisteret i en eller anden form i over 60 år. Lidt opmærksomhed er blevet betalt, imidlertid, til løftet om at bruge lys til at drive en anden elproducerende proces-transport af modsat ladede protoner og hydroxider opnået ved dissociering af vandmolekyler. Forskere i Amerika rapporterer om et sådant design, som har lovende anvendelse til at producere elektricitet for at gøre brakvand drikkeligt, den 15. november i journalen Joule .

Forskerne, ledet af seniorforfatter Shane Ardo, adjunkt i kemi, Kemiteknik, og materialevidenskab ved University of California, Irvine, skrive, at de har lavet en "ionisk analog til den elektroniske pn-junction solcelle, "udnytte lys til at udnytte vandets halvlederlignende adfærd og generere ionisk elektricitet. De håber at bruge en sådan mekanisme til at fremstille en enhed, der direkte afsaltes saltvand ved udsættelse for sollys.

"Der havde været andre eksperimenter, der går tilbage til 1980'erne, som fotoopspændte materialer for at føre en ionisk strøm gennem dem, og teoretiske undersøgelser sagde, at disse strømme skulle kunne nå de samme niveauer som deres elektroniske analoger, men ingen af ​​dem fungerede så godt, "siger første forfatter William White, en kandidatstuderende i Ardos forskergruppe.

I dette tilfælde, forskerne opnåede større succes ved at lade vand trænge igennem to ionbyttermembraner, en, der for det meste transporterede positivt ladede ioner (kationer) som protoner og en, der for det meste transporterede negativt ladede ioner (anioner) som hydroxider, fungerer som et par kemiske porte for at opnå ladningsseparation. Ved at skinne en laser på systemet fik lysfølsomme organiske farvestofmolekyler bundet til membranen til at frigive protoner, som derefter transporteres til den mere sure side af membranen og producerede en målbar ionstrøm og spændinger på over 100 mV i nogle tilfælde (60 mV i gennemsnit).

På trods af at man til tider krydser 100 mV fotovoltationstærsklen, niveauet af elektrisk strøm, som dobbeltmembransystemet kan opnå, er fortsat hovedbegrænsningen. Fotospændingen skulle forstørres med mere end en anden faktor på to for at nå ~ 200 mV -mærket, der er nødvendigt for at afsaltes havvand, et mål, som forskerne er optimistiske med hensyn til at ramme.

"Det hele kommer ned til den grundlæggende fysik for, hvor længe ladningsbærerne vedvarer, før de rekombineres til dannelse af vand, "Ardo siger." Kendskab til vandets egenskaber, vi er i stand til mere intelligent at designe en af ​​disse bipolare-membran-grænseflader, så vi kan maksimere spændingen og strømmen. "

I det lange løb, afsaltning er blot en mulig anvendelse af den syntetiske lysdrevne protonpumpe udviklet af forskerne. Det kan også have potentiale for grænseflade med elektroniske enheder, eller endda til at drive signalering i hjerne-maskine-grænseflader og andre "cyborg-celler", der kombinerer levende væv og kunstig kredsløb, en rolle, der ikke kan udfyldes af traditionelle solceller, som er ustabile i biologiske systemer.

"Vi har haft mange ideer om, hvad denne teknologi kan bruges til; det er bare et spørgsmål om at lære nok at krydse mellem felter og få enheden til at fungere til de tiltænkte applikationer, "siger Ardo." Jeg tror, ​​at dette bare er endnu et eksempel på, hvad du kan gøre, når du har forskere, der er uddannet på tværs af mange discipliner og tænker ud af boksen. "