美納米流體裝置利用鹽度差異發電

    當前，全球能源消耗量的百分之八十二來自於化石能源，由此產生的溫室氣體排放問題為全球氣候變暖埋下禍根。全球海岸線上有一種尚未開發的能源，這種能源來自海水和淡水之間的鹽度差異。現在，一種新的納米設備可利用這種差異來發電。美國伊利諾大學研究人員日前設計了一種納米流體設備，能夠將離子流轉化為可用電能。

    研究團隊指出，鹽差能是一種無污染的可再生能源，近年來逐漸受到科學界的關注。常見是利用海水（高鹽度）和淡水（低鹽度）之濃度差進行發電，後續衍伸至工業廢水、生活污水及其他天然水源等，只要有兩股具有鹽度差之水源即可產生鹽差能。鹽差能是世界第二大的能源，理論上利用全球的各種鹽度梯度可以產生巨大電力，總發電量預估可以滿足全球電力需求或目前總能源消耗的百分之十六。

    伊利諾大學研究人員設計的新設備可用於從海水與淡水邊界的自然離子流中提取能量。當兩個鹽度不同的水體相遇時（如河流流入海洋的地方），鹽分子會從較高濃度流向較低濃度，這些流動的能量可被收集，因為它們由溶解的鹽形成的帶電粒子——離子組成。

    研究團隊設計了一種納米級的半導體設備，它利用了設備中流動的離子和電荷之間的“庫侖阻力”現象。當離子流過設備中的狹窄通道時，電力導致設備的電荷從一側移到另一側，從而產生電壓和電流。

    模擬發現了兩個令人驚訝的行為。首先，他們預計“庫侖阻力”主要是通過相反電荷之間的吸引力發生的，但模擬表明，如果電荷之間是排斥的，該裝置同樣能很好地工作。帶正電荷的離子和帶負電荷的離子都會產生阻力。另外，研究人員還發現了一種放大效應。由於移動的離子與設備電荷相比質量很大，離子給電荷提供了大量的動量，放大了潛在的電流。這些效應與特定的通道配置以及材料的選擇無關，只要通道直徑足夠窄，以確保離子和電荷之間接近即可。

    研究人員正在研究如何將這些設備陣列擴展到實際發電應用中。他們相信，設備陣列的功率密度可達到或超過太陽能電池（一種利用太陽光直接發電的光電半導體薄片，又稱為“太陽能芯片”或“光電池”），設備陣列在生物醫學傳感和納米流體學等其他領域也將具有更大的潛在應用。下一步，研究團隊將拓展這種納米流體設備的應用範圍，讓更多領域受惠。

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