Об'єднана група вчених зі Стенфордського університету і Університету штату Пенсільванія (обидва – США) сконструювала електрохімічний елемент, здатний ефективно використовувати різницю соленостей морської і прісної води в якості джерела енергії.

У природі така хімічна енергія, запасна під дією Сонця, яке підтримує водооборот, розсіюється при змішуванні прісної і морської води. Перший проект її використання з'явився в 1954 році, а одну з найбільш перспективних сучасних схем в 2009 році представив італійський дослідник Доріана Броджолі (Doriano Brogioli). Розроблене ним пристрій багато в чому нагадує іоністори з електродами з активованого вугілля.

Реалізувати схему Броджолі на практиці, проте, досить важко, оскільки вона чутлива до домішок і розчиненого кисню. Розглянутий варіант електрохімічної установки таких проблем позбавлений.

Роботу нового елемента забезпечують «аніонний» (взаємодіє з іонами Cl-) і «катіонний» (Na +) електроди. На початку циклу ці електроди, до структури яких включено відповідні іони, занурені в розчин низькою іонної сили – річкову воду. На першому етапі батарея заряджається шляхом вилучення Cl-і Na + з електродів, після чого річкова вода замінюється морський, що супроводжується збільшенням різниці потенціалів між електродами. На третьому кроці батарея розряджається (іони займають свої місця в електродах), а потім прісна вода витісняє морську, завершуючи цикл і знижуючи різницю потенціалів.

Робочий цикл пристрої (ілюстрація з журналу Nano Letters).

Другий і четвертий етапи проходять без виділення і поглинання енергії, тоді як на першій стадії енергія витрачається на «витягування» іонів з кристалічної структури. Третя фаза циклу супроводжується виробленням енергії, причому тут можна отримати певний виграш за рахунок того, що однаковий обсяг заряду виділяється і поглинається на першому і третьому етапах з неоднаковою різниці потенціалів. За розрахунками авторів, що функціонує за таким принципом електростанція, яка обробляє річкову воду зі швидкістю в 40 м3 / с, могла б видавати до 100 МВт.

Щоб протестувати технологію, вчені створили елемент, який реалізує реакцію

5MnO2 + 2Ag + 2NaCl ↔ Na2Mn5O10 + 2AgCl.

Срібний електрод, отже, захоплює аніони хлору, а виконаний з наностержней Na2-хMn5O10-електрод відповідає за Na +.

Пристрій продемонструвало ефективність перетворення енергії в 75% і стабільно і надійно працювало з «природними» зразками води. Характеристики установки можна значно поліпшити, підібравши оптимальне розташування електродів.

Важливим переважществом своєї технології американці вважають те, що вона працює і при низькій температурі. Якщо людство повністю освоїть цей поновлюване джерело енергії, воно зможе отримувати до 2 ТВт, що становить близько 13% від його нинішніх потреб.

За матеріалами: PhysOrg

Tweet

Заможні регіони: Для чого насправді Потрібні вибори?