I jakt på nya energikällor undersöks idag potentialen hos hydrovoltaiska generatorer. Detta är en typ av generator som utvinner elektricitet genom direkt interaktion mellan vatten och ett material. En variant av denna anordning är den avdunstningsdrivna hydrovoltaiska generatorn. Denna består av ett poröst material som är delvis nedsänkt i vatten, som då dras upp i materialet genom kapillärkrafter och avdunstar från dess yta. Detta skapar ett flöde av vatten genom materialet, vilket genererar en elektrisk spänning tack vare ett elektrokinetiskt fenomen som kallas för strömningspotential. Denna studie undersöker huruvida hydro- och aerogeler gjorda av nanofibriller från vassleprotein utgör lämpliga porösa material för den ovan beskrivna generatorn. Då det är en biprodukt från mejeriindustrin är vassleprotein billigt och förnybart. Gelerna har dessutom egenskaper som väntas främja en hög strömningspotential, såsom hydrofilicitet, små porer, och en ytladdning. I studien testades två sorters hydrogeler, varav den ena korslänkades med hjälp av citronsyra för att göra den mer vattentålig. Aerogeler tillverkades med tre olika koncentrationer av vassleprotein. Dessa geler frystes också på tre olika sätt inför att de frystorkades för att bilda aerogeler. De frystes vid -80 °C i en frys, vid -196 °C i flytande kväve, samt genomgick riktad frysning i flytande kväve. Detta för att variera deras porstruktur. När de olika gelerna testades som hydrovoltaiska generatorer gav de olika spänningar, men ingen mätbar ström. När spänningen från de olika generatorerna mättes över tid följde den oftast samma mönster av en inledande skarp ökning följd av en långsammare minskning som slutligen planade ut mot något jämviktsvärde. Den genomsnittliga maxspänningen från de olika gelerna varierade mellan 73 och 149 mV, huvudsakligen beroende på vilken frysmetod som använts. Längre tester visade att aerogelerna kunde upprätthålla en spänning på runt 60 mV i minst 19 timmar. Hydrogelernas spänningsprofiler hade inte någon pik i början såsom aerogelerna hade, men såg ut att också skapa en jämviktsspänning på runt 60 mV, vilket innebar att de var kompetitiva med aerogelerna. Således visade studien att material av nanofibriller från vassleprotein kunde producera en låg men signifikant hydrovoltaisk potential, och att porernas morfologi var en avgörande faktor för potentialens styrka. / In search of new power sources, scientists are investigating hydrovoltaic devices. This is a type of device that generates electricity from the direct interaction between water and a material. One such device is the evaporation-driven hydrovoltaic device. It consists of a porous material that is partially submerged into water, which rises though the material through capillary forces and evaporates from its surface. This creates a flow of water through the material which gives rise to an electric voltage, through an electrokinetic phenomenon called the streaming potential. This study investigates whetherhydro- and aerogels made from whey protein nanofibrils are a suitable porous material for these devices. As a by-product from the dairy industry, whey protein is cheap and renewable. The gels also have properties which are beneficial for generating a high streaming potential, such as hydrophilicity, small pores, and charged surface groups. In the study, two types of hydrogels were tested, one of which was treated with citric acid as a crosslinker in order to increase their stability in water. Aerogels were fabricated with three different initial concentrations of WPI. The gels were also frozen in three different ways before being freeze-dried to create aerogels. They were frozen at -80 °C in a freezer, at -196 °C by submersion in liquid nitrogen, and through directional freezing using liquid nitrogen, in order to vary their pore structure. When tested as hydrovoltaic devices, the gels did produce voltages, but no measurable currents. When measured over time, the voltages of most aerogels followed the same pattern with a fast initial increase followed by a slow decrease which levelled out towards some equilibrium voltage. The average maximum voltages for the aerogels varied between 73 and 149 mV, depending mostly on the freezing method. Varying the WPI concentration showed no significant effect on the voltage. Long term tests showed that the gels could sustain a voltage of around 60 mV for at least 19 hours. Hydrogels did not have an initial voltage peak but appeared to also produce an equilibrium voltage of around 60 mV, showing them to be competitive with the aerogels. It was thus shown that whey protein nanofibril materials could produce a low but significant hydrovoltaic potential, and that pore morphology was a significant factor in determining the voltage produced.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-348511 |
| Date | January 2024 |
| Creators | Bellander Jöcker, Ludvig |
| Publisher | KTH, Tillämpad fysikalisk kemi |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-CBH-GRU ; 2024:249 |
Page generated in 0.0021 seconds