Las células solares modernas, que utilizan energía de la luz para generar electrones y huecos que luego se transportan de los materiales semiconductores a circuitos externos para uso humano, han existido de una forma u otra durante más de 60 años. Se ha prestado poca atención,sin embargo, a la promesa de usar la luz para impulsar otro proceso de generación de electricidad: el transporte de protones e hidróxidos con carga opuesta obtenidos al disociar moléculas de agua. Investigadores en Estados Unidos informan de un diseño de este tipo, que tiene una aplicación prometedora en la producción de electricidad para convertir agua salobrebebible, el 15 de noviembre en la revista julio .
Los investigadores, dirigidos por el autor principal Shane Ardo, profesor asistente de química, ingeniería química y ciencia de los materiales en la Universidad de California, Irvine, escriben que han elaborado un "análogo iónico a la célula solar electrónica de unión pn,"aprovechando la luz para explotar el comportamiento semiconductor del agua y generar electricidad iónica. Esperan utilizar un mecanismo de este tipo para fabricar un dispositivo que desalinice directamente el agua salada al exponerse a la luz solar.
"Hubo otros experimentos que datan de la década de 1980 que fotoexcitaron materiales para hacer pasar una corriente iónica a través de ellos, y los estudios teóricos dijeron que esas corrientes deberían poder alcanzar los mismos niveles que sus análogos electrónicos, pero ninguno de ellosfuncionó muy bien ", dice el primer autor William White, un estudiante de posgrado en el grupo de investigación de Ardo.
En este caso, los investigadores lograron más éxito al permitir que el agua penetrara a través de dos membranas de intercambio iónico, una que transportaba principalmente iones cargados positivamente cationes como protones y otra que transportaba principalmente iones cargados negativamente aniones como hidróxidos, funcionandocomo un par de puertas químicas para lograr la separación de carga. Al iluminar el sistema con un láser, las moléculas de colorante orgánico sensibles a la luz unidas a la membrana liberan protones, que luego se transportan al lado más ácido de la membrana y producen una corriente iónica medible yvoltajes de más de 100 mV en algunos casos 60 mV en promedio.
A pesar de cruzar el umbral de fotovoltaje de 100 mV a veces, el nivel de corriente eléctrica que puede lograr el sistema de doble membrana sigue siendo su principal limitación. El fotovoltaje debería aumentarse en más de otro factor de dos para alcanzar los ~ 200 mVmarca necesaria para desalar el agua de mar, un objetivo que los investigadores son optimistas acerca de alcanzar.
"Todo se reduce a la física fundamental de cuánto tiempo persisten los portadores de carga antes de recombinarse para formar agua", dice Ardo. "Conociendo las propiedades del agua, podemos diseñar de manera más inteligente una de estas interfaces de membrana bipolarpara que podamos maximizar el voltaje y la corriente ".
A largo plazo, la desalinización es solo una posible aplicación de la bomba de protones sintética impulsada por luz desarrollada por los investigadores. También podría tener potencial para interactuar con dispositivos electrónicos, o incluso para alimentar señales en interfaces cerebro-máquina y otros "células cyborg "que combinan tejido vivo y circuitos artificiales, una función que no pueden desempeñar las células solares tradicionales, que son inestables en los sistemas biológicos.
"Hemos tenido muchas ideas sobre para qué se podría usar esta tecnología; es solo una cuestión de aprender lo suficiente para cruzar campos y hacer que el dispositivo funcione para las aplicaciones previstas", dice Ardo. "Creo que esto es solootro ejemplo de lo que puede hacer cuando tiene científicos capacitados en muchas disciplinas y piensan fuera de la caja ".
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Materiales proporcionados por Prensa de celda . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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