В местах впадения рек в моря, где происходит перемешивание пресной и соленой воды, изменение концентрации растворенных веществ, в первую очередь, соли, приводит к изменениям энтропии. Исследователи из США разработали источник питания, вырабатывающий электроэнергию за счет этой разницы энтропии.

Исследователи из группы Йи Куй (Yi Cui) из Стэнфорда использовали наностержни из оксида марганца и серебряные электроды для преобразования энтропии в электроэнергию с коэффициентом полезного действия в 74%. Куй отмечает, что он считает главным своим достижением наглядную демонстрацию возможности такого получения энергии.

Исследователи из Стэнфорда оценили, что использование разработанной технологии на крупнейших реках Земли гипотетически позволит вырабатывать до двух Тераватт энергии, что составляет 13% от мирового энергопотребления.

Рис. 1. Новая «батарейка» извлекает энергию, которая
в другом случае высвобождалась бы в форме энтропии.
(Рисунок из Nano Letters, 2011, DOI : 10.1021/nl200500s).

Генераторы энергии, работающие за счет «переработки энтропии» создавались исследователями и ранее, наиболее надежные из таких генераторов разделяют пресную и морскую воду с помощью мембран, при этом перемещение ионов через мембрану способствует генерации электрического тока. Новый метод позволяет извлекать энергию за счет различия концентрации двух растворах за счет их химического хранения в источнике тока.

Одним из наибольших преимуществ новых источников тока заключается в том, что для их функционирования нет необходимости в мембранах, которые могут засоряться. Успехом нового источника тока является значительная площадь поверхности электродов, создающейся за счет нанострежней.

Электрический ток создается за счет вхождения ионов хлора и натрия в кристаллическую решетку электродов и выходу этих ионов из электродов. В морской воде источник энергии разряжается за счет того, что хлорид-ион мигрирует к серебряному электроду, а катион натрия – к электроду из диоксида марганца. Эти ионы высвобождаются в пресной воде, при этом происходит цикл зарядки аккумулятора.

Боле высокая концентрация ионов в морской воде обуславливает то, что при разрядке аккумулятора выделяется большее значение энергии, чем требуется при зарядке аккумулятора в пресной воде, поэтому смена электролита позволяет получать энергию.

Берт Хамелерс (Bert Hamelers), ранее разработавший «мембранный» метод получения электроэнергии с выходом 76% за счет смешения пресной и морской воды высоко оценивает новый подход, отмечая, что исследователи должны прорабатывать любые альтернативные источники энергии для того, чтобы в перспективе можно было бы выбрать лучшие. Куй надеется на оптимизацию своего метода энергии и полагает, что, например, сближение электродов может привести к увеличению КПД нового источника энергии до 85%.