Energi fra havvand:Powergeneratoren skifter autonomt mellem to funktionelle tilstande

Undervandsfartøjer, dykkerrobotter, og detektorer kræver deres egen energiforsyning for at fungere i lange perioder uafhængigt af skibe. En ny, billigt system til direkte elektrokemisk udvinding af energi fra havvand giver fordelen ved også at kunne håndtere korte stigninger i strømbehovet, samtidig med at den langsigtede stabile kraft bevares. For at gøre det, systemet kan selvstændigt skifte mellem to driftsformer, som forskere rapporterer i tidsskriftet Angewandte Chemie .

Kortlægning af undersøiske landformer, strømme, og temperaturer, og inspektion og reparation af rørledninger og dybhavskabler er blot nogle få eksempler på opgaver, der udføres autonomt af undervandsanordninger i havets dyb. Under disse ekstreme forhold, udfordringen for kraftgeneratorer er at producere både en høj energitæthed (lang løbetid med grundlæggende strømforbrug) og høj effekttæthed (kortsigtet høj strømstrøm) til aktiviteter som hurtig bevægelse eller handling af en griber.

Liang Tang, Hu Jiang, og Ming Hu og deres team fra East China Normal University i Shanghai, Shanghai Universitet, og det kinesiske forskningsakademi for miljøvidenskab i Beijing, Kina, har hentet inspiration fra marine organismer, der kan skifte deres celleånding mellem aerobe og anaerobe tilstande ved at bruge forskellige materialer som elektronacceptorer. Forskerne har designet en ny strømgenerator, der fungerer efter de samme principper.

Nøglen til opdagelsen er en katode lavet af preussisk blå, en åben rammestruktur med cyanidioner som "struts" og jernioner som "noder", som nemt kan acceptere og frigive elektroner. Når det kombineres med en metalanode, denne struktur kan bruges til at generere elektricitet fra havvand.

Hvis strømbehovet er lille, elektronerne, der strømmer ind i katoden, overføres direkte til opløst ilt. Fordi opløst ilt i havvand er uudtømmeligt, effekt ved lav strøm kan teoretisk leveres i ubegrænset tid. Imidlertid, koncentrationen af ​​opløst ilt er lav. Når strømbehovet, og dermed aktuelle, er kraftigt øget, der er ikke nok ilt ved katoden til straks at optage alle de indkommende elektroner. Den preussiske blå skal derfor lagre disse elektroner ved at reducere jernatomernes oxidationstilstand fra +3 til +2. For at opretholde en debiteringsbalance, positivt ladede natriumioner ligger inden for rammerne. Fordi disse er til stede i høj koncentration i havvand, mange natriumioner – og derfor mange elektroner – kan absorberes på kort tid. Når den nuværende efterspørgsel aftager, elektroner overføres til ilt igen, ilt regenererer rammen, Fe (2+) oxideres til Fe (3+), og natriumionerne forsvinder.

Dette nye system er meget stabilt i korrosivt havvand og kan modstå adskillige tilstandsskift. Den kørte kontinuerligt i fire dage i sin højenergitilstand uden at miste strøm. Højeffekttilstanden var i stand til at levere 39 lysemitterende dioder og en propel.