Мембраните от борни нитридни нанотръбички пренасят литиевите йони много по-бързо от очакваното. Това може да се окаже ключът към редица потенциални приложения за възстановяване на литий от стари батерии, добив на литий от саламура и генериране на т.нар. синя енергия. Откритието е дело на изследователи от Университета Рютгерс, Университета на Илинойс в Чикаго и Националната лаборатория Аргон.
Учените са използвали борни нитриди – синтетично кристално съединение – за да изградят мембрани, съдържащи милиони микроскопични тръбички, които преместват литиеви йони много по-бързо от други заредени частици. Наблюдаван е транспорт на литий с до 31 пъти по-висока скорост от очакваната при стандартна дифузия.
Статията „Аномално ултрабърз транспорт на литиеви йони през мембрани от борни нитридни нанотръбички“ е публикувана наскоро в Nature Nanotechnology. Изследването е ръководено от Семих Четиндаг от Университета Рутгерс и Адитя Пендзе от Университета на Илинойс в Чикаго.
Механизмът може да се сравни с начина, по който електрическата змиорка генерира ток чрез йонни канали в специализирани клетки, казва Сангил Ким, доцент по химическо инженерство в Университета на Илинойс в Чикаго и рецензент на статията. „Наблюдаваният йонен транспорт е много по-висок от теоретичната оценка и също така по-висок от съществуващите експериментални системи“.
За да тестват мембраните, изследователите ги поставят между йонни разтвори с различна соленост. Мембраните захранват малка електроника, включително часовник, калкулатор и светодиоди, използвайки само градиенти на солен разтвор.
В статията се съобщава за плътност на мощността на пора до 15 300 W на квадратен метър и ефективност на преобразуване на енергия, приближаваща се до теоретичната граница от 50% при pH 5,5.
Какво можем да очакваме в резултат на този пробив? Екипът казва, че потенциалните приложения включват възстановяване на литий от използвани батерии и генериране на синя енергия, при което енергията се добива от сливането на сол и прясна вода. Ето какви са потенциалните възможности:
1. Много по-евтино рециклиране на литий. Днес възстановяването на литий от използвани батерии изисква множество стъпки на химическа обработка, значителна енергия и големи количества реактиви. Ако описаните мембрани могат селективно и бързо да транспортират литиеви йони, рециклиращите компании ще възстановяват лития по-бързо и с по-малко енергия.
Тъй като търсенето на литий продължава да расте за електрически превозни средства и съхранение в мрежата, дори скромни подобрения в ефективността на възстановяване биха могли да бъдат икономически важни.
2. Извличане на литий от естествени саламури. Много литиеви находища съществуват в богати на соли подземни саламури. Мембрана, която силно благоприятства транспорта на литий, би могла да концентрира лития по-бързо, да намали изискванията за изпарителни басейни, да намали потреблението на вода и да увеличи възстановяването от по-нискокачествени ресурси.
Това би могло да бъде особено привлекателно за страни, които се опитват да разширят вътрешното производство на литий.
3. По-ефективна „синя енергия“. Това е може би най-изненадващото приложение. Когато сладката вода се смесва с морската, голямо количество енергия се освобождава естествено поради разликата в концентрацията на сол. Учените наричат това мощност на градиента на соленост или синя енергия. Обикновено мембраните улавят само част от тази енергия.
Изследователите съобщават за изключително висока плътност на мощността на пора и ефективност на преобразуване, приближаваща се до теоретичните граници.
Ако тези резултати се мащабират, бъдещи системи, разположени там, където реките се срещат с океаните, биха могли да генерират електричество непрекъснато от естествени градиенти на сол. Те обещават 24-часова работа без горивни процеси и с предвидима мощност.
