دانشمندان مسیر فوقسریع لیتیوم را ساختند
محققان دانشگاه ایلینوی شیکاگو موفق به توسعه نسل جدیدی از غشاهای نانولولهای شدهاند که امکان انتقال فوقسریع یونهای لیتیوم را فراهم میکنند. دستاوردی که میتواند به پیشرفت فناوریهای انرژی پاک، استخراج لیتیوم و تولید باتریهای نسل آینده منجر شود.
به گزارش انگجت، نتایج این مطالعه که در نشریه علمی Nature Nanotechnology منتشر شده است نشان میدهد نانولولههای میکروسکوپی ساختهشده از نیترید بور قادرند یونهای لیتیوم را با سرعتی بسیار بیشتر از آنچه پیشتر پیشبینی میشد منتقل کنند. این کانالهای لولهای شکل در عین حال که عبور یونهای لیتیوم را تسهیل میکنند از عبور بسیاری از یونهای دیگر جلوگیری کرده و بهعنوان مسیرهایی بسیار انتخابپذیر برای انتقال لیتیوم عمل میکنند.
این ویژگی منحصربهفرد میتواند کاربردهای گستردهای در حوزههای مختلف از جمله تولید انرژی پاک، سامانههای انرژی آبی (Blue Energy) که از اختلاط آب شور و آب شیرین برق تولید میکنند، و همچنین استخراج کارآمدتر لیتیوم برای صنایع باتریسازی داشته باشد.
سرعت انتقالی فراتر از پیشبینیهای نظری
سانگیل کیم، استاد مهندسی شیمی دانشگاه ایلینوی شیکاگو و از نویسندگان این پژوهش اعلام کرد که مکانیزم جدید کشفشده امکان حرکت یونهای لیتیوم را با سرعتی استثنایی درون نانولولهها فراهم میکند.
به گفته وی نرخ انتقال یونهای لیتیوم در آزمایشها بهطور چشمگیری از پیشبینیهای نظری و همچنین از نتایج ثبتشده در سامانههای آزمایشی مشابه فراتر رفته است؛ موضوعی که نشاندهنده کارایی غیرمعمول این ساختارهای نانولولهای است.
انتقال موثر یونها یکی از عوامل کلیدی در بسیاری از فناوریهای صنعتی به شمار میرود. هنگامی که نمکها در آب حل میشوند به یونهای مثبت و منفی تفکیک شده و این یونها با سرعتهای متفاوت در کانالهای نانومتری حرکت میکنند. کنترل این فرایند نقش مهمی در توسعه فناوریهایی مانند باتریها، شیرینسازی آب، استخراج مواد معدنی حیاتی و تولید انرژیهای تجدیدپذیر دارد.
با این حال دستیابی همزمان به دو ویژگی سرعت بالای انتقال یون و انتخابپذیری بالا همواره یکی از چالشهای اصلی دانشمندان بوده است.
غشاهایی متشکل از میلیونها نانولوله
در این پژوهش دانشمندان غشاهایی متشکل از میلیونها نانولوله نیترید بور طراحی کردند. این نانولولهها دارای سطوح باردار و ویژگیهای انتقالی خاصی هستند. هنگامی که این غشاها بین دو محلول با غلظت نمکی متفاوت قرار گرفتند یونها با سرعتی بسیار بیشتر از حد انتظار از میان آنها عبور کردند.
بررسیها نشان داد یونهای لیتیوم عملکردی کاملا متمایز دارند بهگونهای که سرعت انتقال آنها حدود ۳۱ برابر بیشتر از مقدار پیشبینیشده توسط مدلهای نظری بود. علاوه بر این غشاها انتخابپذیری بالایی از خود نشان دادند و یونهای لیتیوم را بسیار سریعتر از سایر یونها منتقل کردند.
الهام از مارماهی برقی برای تولید انرژی
برای نمایش توانمندی عملی این فناوری تیم تحقیقاتی نشان داد که این غشاهای کوچک قادرند از اختلاف غلظت نمک در محلولها انرژی الکتریکی تولید کنند. پژوهشگران موفق شدند با استفاده از این سامانه انرژی لازم برای راهاندازی دستگاههایی ساده مانند ساعت و ماشینحساب را تامین کنند.
کیم توضیح داد که ایده تولید برق از طریق حرکت یونها پدیدهای کاملا جدید نیست و در طبیعت نیز نمونهای مشابه دارد. مارماهیهای برقی با کنترل جریان یونها در سلولهای تخصصی موسوم به الکتروسیت (Electrocytes) پالسهای الکتریکی قدرتمندی ایجاد میکنند.
این سلولها با بهرهگیری از کانالهای یونی اختلافات شیمیایی را به انرژی الکتریکی تبدیل میکنند سازوکاری طبیعی که سالها الهامبخش دانشمندان برای طراحی سامانههای مهندسی مشابه بوده است.
پژوهشگران در گامهای بعدی قصد دارند کاربردهای بیشتری برای این فناوری بررسی کنند. یکی از مهمترین حوزههای مورد توجه آنها استفاده از نانولولههای نیترید بور برای جداسازی و بازیابی لیتیوم است.
به گفته محققان این فناوری میتواند در آینده برای استخراج لیتیوم از باتریهای فرسوده و بازیافت مواد ارزشمند موجود در آنها مورد استفاده قرار گیرد. همچنین تیم پژوهشی قصد دارد با مطالعات بیشتر، سازوکار فیزیکی مسئول این انتقال فوقسریع یونها را بهطور دقیق شناسایی کند پدیدهای که میتواند راه را برای توسعه نسل جدیدی از سامانههای ذخیرهسازی انرژی، فناوریهای جداسازی و تولید برق هموار سازد.
انتهای پیام/
