Electrokinetic microchannel battery by means of electrokinetic and microfluidic phenomena

微通道 电动现象 流动电流 微流控 压力降 电流(流体) 材料科学 机械 化学 静水压力 电解质 纳米技术 分析化学(期刊) 电极 电气工程 色谱法 工程类 物理 物理化学
作者
Jun Yang,Fuzhi Lu,Larry W. Kostiuk,Daniel Y. Kwok
出处
期刊:Journal of Micromechanics and Microengineering [IOP Publishing]
卷期号:13 (6): 963-970 被引量:225
标识
DOI:10.1088/0960-1317/13/6/320
摘要

Pressure-driven flow in a microchannel induces a streaming current due to the presence of an electrical double layer in the interface between the electrolyte solution and channel wall. As the streaming current is of the order of a nano-amphere and is additive, we propose here a method to develop an electrokinetic battery consisting of an array of microchannels that converts the hydrostatic pressure of a liquid into electrical work. We have given oscillating analytical solutions by means of an electrical circuit analysis to model the multi-microchannel battery. Using superposition of the appropriate Fourier series, the derived analytical solutions are useful to predict the current when there is more general time-dependent flow through a microchannel array. To illustrate the idea, we have studied steady-state pressure-driven flow in micropore porous glass filter and compared the results with those predicted from our model. From a 30 cm hydrostatic pressure drop, an external current of 1–2 µA was obtained by means of water passing through the micropore porous glass filter. A larger current can be obtained by simply using a solution with higher salt concentration. This results in a new and potentially useful method of energy conversion by means of an array of microchannels.
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