Учёные из Чикаго создали мембраны, которые переносят ионы лития с невероятной скоростью - и это меняет расклад в энергетике
Исследователи Университета Иллинойса в Чикаго разработали мембраны на основе нанотрубок из нитрида бора, которые переносят ионы лития примерно в 31 раз быстрее, чем предсказывала теория. Результаты опубликованы в Nature Nanotechnology - одном из наиболее авторитетных научных журналов в области нанотехнологий.
Что именно обнаружили
Мембрана содержит миллионы микроскопических трубок с электрически заряженной поверхностью. Когда её помещают между растворами с разной концентрацией соли, ионы начинают двигаться через каналы - и здесь начинается самое интересное. Литий проходит настолько быстро, что экспериментальные данные просто не укладываются в существующие расчётные модели. Португалия - Узбекистан футбол онлайн
Доцент кафедры химической инженерии Сангил Ким прямо говорит: результаты превзошли не только теоретические прогнозы, но и всё, что фиксировалось в предыдущих исследованиях. Это не небольшое улучшение - это качественный разрыв.
При этом система не просто быстрая. Она избирательная - пропускает литий и одновременно блокирует значительную часть других ионов. Сочетание высокой скорости и высокой селективности до сих пор оставалось одной из главных нерешённых инженерных задач в области мембранных технологий.
Почему это важно для энергетики и не только
Ионный транспорт - основа огромного числа промышленных процессов. Аккумуляторы, опреснение воды, извлечение критических минералов, возобновляемая энергетика - везде требуется точный контроль над тем, как ионы движутся через материал. Новая разработка потенциально затрагивает каждое из этих направлений.
Отдельного внимания заслуживает так называемая голубая энергия - электричество, возникающее при смешении пресной и солёной воды. Мировой потенциал этого источника оценивается в сотни гигаватт, однако эффективных мембран для его промышленного освоения пока нет. Чикагские нанотрубки - один из реальных кандидатов на эту роль. В демонстрационном эксперименте учёным удалось запитать от мембраны часы и калькулятор.
Принцип, положенный в основу разработки, природа освоила давно. Электрические угри генерируют разряды именно так - управляя потоком ионов через специализированные клетки, превращая химический градиент в электрический импульс. Искусственная система воспроизводит этот механизм, но с возможностью масштабирования.
Что дальше
Следующий практический шаг - извлечение лития из отработанных аккумуляторов. Спрос на этот металл растёт вместе с рынком электромобилей: по некоторым прогнозам, к 2030 году мировое потребление лития утроится по сравнению с уровнем 2020-го. Технология рециклинга, способная работать быстро и избирательно, здесь пришлась бы крайне кстати. Помимо прикладных задач, команда намерена разобраться в физике процесса - понять, почему скорость оказалась настолько аномально высокой. Ответ на этот вопрос может открыть ещё более неожиданные возможности.
