藍色能源利用鹽溶液中的離子從高濃度區域向低濃度區域移動時產生的能量，為化石燃料提供了可持續的替代方案。大阪大學的研究人員探索了施加電壓如何影響離子通過奈米孔膜的運動，從而實現對這一過程的更好控制。

在最近發表於《ACS Nano》雜誌上的一項研究中，研究人員研究瞭如何透過構成膜的奈米孔陣列來控制離子流，以及如何透過這種控制使大規模應用該技術成為現實。

示意圖描繪了奈米孔中離子選擇性的閘極電壓控制。圖片來源:Makusu Tsutsui

如果膜是由帶電材料製成的，那麼奈米孔可以透過吸引帶相反電荷的溶液離子來使電流通過它們。然後，帶相同電荷的離子可以透過孔隙產生電流。這意味著孔隙材料非常重要，而選擇孔隙材料是迄今為止控制流動和電流的方法。

然而，在一系列不同的材料中生產完全相同的孔結構以了解其相對性能是一項挑戰。因此，研究人員決定研究另一種客製化離子透過奈米孔膜流動的方法。

「我們不是簡單地利用膜的基本表面電荷來控制流動，而是研究施加電壓後會發生什麼，」研究的主要作者Makusu Tsutsui解釋道，「我們使用嵌入膜中的閘極電極來控制電壓場，其原理與半導體電晶體在傳統電路中的工作原理類似。

研究人員發現，在沒有施加電壓的情況下，陽離子(帶正電的離子)不會產生電荷，因為它們會被帶負電的膜表面吸引。

然而，如果施加不同的電壓，這種性能可以被調整，允許陽離子流動，甚至為陽離子提供完全選擇性。這使滲透能量效率提高了六倍。

「透過提高構成膜的奈米孔表面的電荷密度，我們實現了15 W/m2的功率密度，」資深作者Tomoji Kawai說道，這對於技術進步而言是非常鼓舞人心的。

研究結果表明，奈米孔膜具有日常應用潛力。希望奈米孔滲透發電技術能成為主流，為更永續的能源未來提供藍色能源。