Учёные из Чикаго создали мембраны, которые переписывают физику ионного транспорта
Исследователи Университета Иллинойса в Чикаго разработали мембраны на основе нанотрубок из нитрида бора, способные проводить ионы лития со скоростью, которая в 31 раз превышает теоретически возможную. Результаты опубликованы в Nature Nanotechnology и уже успели взбудоражить сообщество материаловедов и инженеров-энергетиков.
Что за материал и почему это важно
Нитрид бора - не новичок в науке о наноматериалах, но именно такое поведение его трубчатых структур никто не предсказывал. Мембраны содержат миллионы крошечных каналов с электрически заряженной поверхностью. Когда по обе стороны мембраны создавали разницу концентраций соли, ионы начинали двигаться через неё значительно быстрее ожидаемого. Особенно резко выбивался литий. Его скорость прохождения оказалась не на десятки процентов, а в десятки раз выше расчётных значений. Новая Зеландия - Бельгия эфир
Доцент кафедры химической инженерии Сангил Ким, один из авторов работы, признался, что экспериментальные данные превзошли не только теоретические модели, но и все предыдущие лабораторные результаты в этой области. По его словам, механизм переноса ионов здесь явно нестандартный - и его физическая природа пока требует отдельного изучения.
Избирательность - второй козырь технологии
Скорость сама по себе мало что значит без контроля. Одна из главных инженерных проблем в ионном транспорте - добиться одновременно высокой пропускной способности и точного отбора нужных частиц. Большинство существующих решений жертвуют одним ради другого. Здесь - нет. Нанотрубки из нитрида бора пропускают литий заметно охотнее, чем другие ионы, что критически важно для практических применений.
- Извлечение лития из природных рассолов и отработанных аккумуляторов
- Получение «голубой энергии» - электричества на границе пресной и солёной воды
- Более эффективные системы опреснения
- Добыча критически важных минералов для энергетического перехода
В демонстрационном эксперименте мембраны генерировали достаточно энергии из солевых растворов, чтобы питать часы и калькулятор. Скромно - но как доказательство концепции вполне убедительно.
Природный прототип и промышленные перспективы
Сама идея управляемого ионного тока в природе отработана давно. Электрические угри генерируют импульсы, направляя потоки ионов через специализированные клетки-электроциты: химический градиент конвертируется в электричество. Именно этот биологический механизм и вдохновил чикагских учёных на создание искусственного аналога.
Спрос на эффективные технологии разделения ионов будет только расти. Литий - ключевой элемент аккумуляторной индустрии, и его добыча сегодня сопряжена с огромными экологическими и логистическими издержками. Мембрана, способная извлекать литий из морской воды или перерабатывать батареи, меняет уравнение целиком. Следующий шаг команды - разобраться в физике аномально высокого транспорта и масштабировать технологию до промышленно значимых объёмов.
