Nieuw koolstofmembraan wekt honderd keer meer stroom op
Leidse chemici hebben een nieuw ultradun membraan van slechts een molecuul dik gemaakt. Het molecuul wekt honderd keer meer stroom op uit zeewater dan de beste membranen die nu op de markt zijn. De onderzoekers publiceren hun bevindingen in Nature Nanotechnology.
Dun en poreus
Bij het mengen van zout- en zoetwater vindt uitwisseling van deeltjes plaats. Een membraan in het water is in staat stroom op te wekken uit deeltjes die van de ene kant naar de andere bewegen. Een vergelijkbaar proces wordt gebruikt om zeewater te ontzilten. Leidse wetenschappers hebben een nieuw soort membraan gemaakt dat honderd keer meer energie op kan wekken dan klassieke membranen en bekende prototypes uit wetenschappelijke literatuur.
Hoeveel stroom deze methode precies opwekt hangt af van de dikte van het membraan en hoe makkelijk het deeltjes doorlaat. Het nieuwe membraan is zowel heel dun als poreus. Daarom kan het veel meer energie opwekken dan gangbare materialen, die of poreus of dun zijn, maar niet beide.
Om het nieuwe membraan te maken lieten Xue Liu en Grégory Schneider losse olie-achtige moleculen op een wateroppervlak drijven. Die moleculaire bouwstenen vormen daar uit zichzelf een ultradun film. Door dit daarna te verhitten wordt het membraan stabiel en dun. Volgens Xue Liu is het membraan geschikt voor een groot aantal toepassingen. Liu: ‘Ons membraan is maar twee nanometer dik en laat vooral kalium-ionen door. Door andere moleculaire bouwstenen te gebruiken kun je de eigenschappen van het membraan naar wens veranderen. Bijvoorbeeldom specifieke deeltjes wel of niet door te laten zodat je het met zeewater kan gebruiken.’
Grafeen
Het nieuwe materiaal heeft wat weg van grafeen, een groot plat membraan dat is opgebouwd uit koolstofatomen. Maar volgens Grégory Schneider is het nieuwe membraan van een heel andere categorie. Schneider: ‘Veel onderzoekers beginnen voor het maken van een membraan met grafeen, dat weliswaar heel dun is, maar niet poreus. Vervolgens proberen ze er gaten in te slaan om het meer doorlaatbaar te maken. Onze aanpak was precies het tegenovergestelde. We begonnen door kleine moleculen samen te brengen en daarmee een groot poreus membraan te maken. In vergelijking met grafeen bevat het imperfecties, maar dat geeft het juist zijn speciale eigenschappen.’
Het nieuwe membraan bevat het beste van beide werelden. Schneider: ‘Veel onderzoek in dit vakgebied is gericht op het maken van betere katalysatoren. Membranen waren een beetje een doodlopende weg. Deze nieuwe ontdekking opent veel deuren voor het opwekken van stroom, ontzilting van zeewater en het bouwen van veel efficiëntere brandstofcellen.