Nuldimensionel transistor høster bobleenergi spildt under vandelektrolyse

(Phys.org) —Når der produceres brint fra vand under elektrolyse, noget energi går tabt som små bobler. I en ny undersøgelse, forskere har vist, at 25-nm transistorer - så små, at de betragtes som nuldimensionelle (0D) - kan bruges til at omdanne denne tabte energi til elektriske impulser. Millioner af disse 0D-transistorer kunne bruges til at detektere individuelle bobler og generere elektriske impulser med en optimal effektivitet, at samle en del af den energi, der går tabt under elektrolyse, og gøre den tilgængelig til andre formål.

Forskerne, Nicolas Clément hos CNRS i Villeneuve d'Ascq, Frankrig, og hans medforfattere, har offentliggjort deres papir om at bruge 0D-transistorer til at høste energi fra bobler i et nyligt nummer af Nano bogstaver .

Som en af ​​de mest lovende metoder til at producere brint som brændstofkilde, elektrolyse involverer at påføre en elektrisk strøm til vand for at adskille ilt- og brintatomerne. Under elektrolyse, der dannes gasbobler, forårsager noget energitab.

"Alle mekanismerne for energitab under elektrolyse er ikke fuldt ud forstået, " fortalte Clément Phys.org. "Sådan en enhed, kombineret med højpræcisionskameraer, kan forbedre forståelsen i fremtiden. Kilder til energitab er enten diffusion af brint i vand eller bevægelse af modioner omkring elektroder under bobleemission."

For at demonstrere, hvordan 0D-transistorer kan genvinde noget af denne energi, forskerne anbragte en dråbe på 0,2 mikroliter saltvand i et mikrobad. Under, de placerede en transistor og to elektroder. Under en påført spænding, relativt små (18-24-?m) hydrogenbobler blev udsendt ved katoden, mens større klorbobler blev udsendt ved anoden. Forøgelse af spændingen resulterede i en stigning i bobleemissionsfrekvensen.

0D-transistorerne kunne detektere individuelle bobler, og boblestørrelsen kunne evalueres ved at analysere ændringer i strøm. Ved at opdage boblerne, transistorerne omdannede bobleenergien til elektriske impulser. I teorien, 2 millioner 0D transistorer kunne passe under mikrobadet, hvilket resulterer i en udgangspulseffekt på 500 ?W og en pulseffekteffektivitet på omkring 99%.

"Der er tre nyheder, " sagde Clément. "For det første, vi bruger en 0D-transistor i væske, hvorimod forskere tidligere har fokuseret på 2D- eller 1D-transistorer (såsom nanotråde). Sekund, vi viser, at vi kan detektere elektriske enkeltbobler, hvilket er af stor betydning for elektrokemikere til at forstå og optimere elektrokemiske processer. Tredje, vi viser, at vi samler tabt energi for at generere elektriske impulser med optimal effektivitet. Historisk set, nogle forskere har forsøgt at samle en del af den energi, der går tabt under brintproduktionen, ved at bruge et roterende apparat (der kan findes flere patenter). Her foreslår vi en ny måde."

Evnen til at detektere små bobler og omdanne dem til elektriske impulser kan have en række forskellige anvendelser, såsom lab-on-chip enheder til brintlagring. En anden potentiel anvendelse er i fysiologi, da det elektriske signal har en lignende amplitude som aktionspotentialet i en neuron. Her, systemet kunne bruges som en kunstig aktionspotentialegenerator til at udføre lokal neuronstimulering med indstillelig amplitude og frekvens.

I fremtiden, forskerne planlægger at demonstrere andre applikationer med 0D-transistorer og bedre forstå deres adfærd i væske.

© 2013 Phys.org. Alle rettigheder forbeholdes.