نانوترانزیستوری برای بازیافت انرژی هدر رفته در الکترولیز

محققان فرانسوی با استفاده از ترانزیستورهای ۲۵ نانومتری موفق به تبدیل حباب‌ به جریان پالسی شدند.

زمانی که در فرآیند الکترولیز آب، هیدروژن تولید می‌شود بخشی از انرژی برای تشکیل حباب‌های بسیار کوچک هدر می‌رود. پژوهشگران نشان دادند که از یک ترانزیستور ۲۵ نانومتری می‌توان برای تبدیل این انرژی هدر رفته به پالس‌های الکتریکی استفاده کرد. از تجمع میلیون‌ها عدد از این ترانزیستورها که به دلیل ابعاد بسیار کوچک‌شان به عنوان نانوساختار صفر بعدی شناخته می‌شوند، می‌توان ابزاری برای شناسایی حباب‌های منفرد ساخت و با استفاده از آنها پالس‌های الکتریکی تولید کرد. در واقع با این روش ابزاری ساخته می‌شود که انرژی هدر رفته در طول فرآیند الکترولیز را جمع‌آوری و برای مصارف دیگر قابل استفاده می‌کند.

به نوشته سایت نانو، این تیم تحقیقاتی به رهبری نیکولاس کلمنت از مرکز CNRS فرانسه نتایج یافته‌های خود را در قالب مقاله‌ای تحت عنوان۰D transistors to harvest energy from bubbles در نشریه Nano Letters به چاپ رسانده است.

کلمنت می‌گوید: تمام مکانیسم‌هایی که موجب هدر رفتن انرژی در فرآیند الکترولیز می‌شوند، برای ما شناخته شده نیستند. استفاده از دستگاه‌های تصویربرداری با دقت بالا می‌توانند برای بهبود دانش ما از این فرآیند کمک شایانی کنند. برخی از منابع هدر رفتن انرژی می‌تواند نفوذ گاز هیدروژن درون آب یا حرکت یون‌ها در اطراف الکترودها در طول تشکیل حباب‌ها باشد.

برای تولید هیدروژن به عنوان سوخت، الکترولیز یکی از روش‌های پیشنهادی است که در آن از اعمال جریان الکتریسیته برای جدا کردن اکسیژن و هیدروژن استفاده می‌شود. تشکیل حباب‌ها در این فرآیند موجب هدر رفتن بخشی از انرژی می‌شود.

این گروه تحقیقاتی برای اثبات عملکرد ترانزیستور در بازیافت انرژی، یک قطره ۰٫۲ میکرولیتری از آب نمک را در یک حمام میکرومقیاس قرار دادند که در زیر آن یک ترانزیستور و دو الکترود وجود دارد. با اعمال یک ولتاژ کم، حباب‌های اندکی از هیدروژن در کاتد ایجاد می‌شود. افزایش ولتاژ موجب آزاد شدن حباب بیشتری خواهد شد.

این ترانزیستور با بررسی تغییرات جریان می‌تواند حباب‌ها را شناسایی کرده و اندازه آنها را مشخص کند. این ترانزیستور قادر است تا حباب‌ها را به پالس الکتریکی تبدیل کند. از نقطه نظر تئوری دو میلیون ترانزیستور را می‌توان زیر این حمام قرار داد تا با بهره ۹۹ درصد حباب‌ها را به انرژی پالسی تبدیل کند.