Nanotubki z azotku boru zaskoczyły fizyków. Transportują lit 31 razy szybciej
Naukowcy z Uniwersytetu Rutgersa, Uniwersytetu Illinois w Chicago oraz Narodowego Laboratorium Argonne dokonali odkrycia, które może zrewolucjonizować recykling akumulatorów i produkcję czystej energii. Z opublikowanych w prestiżowym czasopiśmie Nature Nanotechnology badań wynika, że membrany stworzone z nanotubek azotku boru wykazują anomalnie szybki transport jonów litu. Zarejestrowany przepływ cząstek okazał się aż 31-krotnie wyższy, niż wynikałoby to z wyliczeń opartych na standardowych modelach dyfuzji.
Azotek boru to syntetyczny, krystaliczny związek chemiczny. Badacze użyli go do zbudowania specjalnych membran naszpikowanych milionami mikroskopijnych rurek. Podczas testów okazało się, że nanostruktury te potrafią selektywnie przepuszczać jony litu z prędkością, która drastycznie przewyższa ruch jakichkolwiek innych naładowanych cząstek.
Inspiracja węgorzem elektrycznym
Profesor Sangil Kim z Uniwersytetu Illinois w Chicago, jeden z głównych autorów publikacji, porównał zaobserwowany mechanizm do sposobu, w jaki węgorz elektryczny generuje impulsy prądu poprzez kanały jonowe w swoich wyspecjalizowanych komórkach. Podkreślił również, że tempo transportu jonów zarejestrowane w tym eksperymencie jest znacząco wyższe nie tylko od teoretycznych szacunków, ale też od jakichkolwiek istniejących dotychczas systemów laboratoryjnych.
W celu praktycznego przetestowania działania membran, naukowcy umieścili je pomiędzy roztworami jonowymi o różnym stopniu zasolenia. Powstały w ten sposób gradient stężeń pozwolił na wygenerowanie energii elektrycznej, która z powodzeniem zasiliła niewielkie urządzenia elektroniczne, takie jak zegarek, kalkulator oraz diody LED.
Badanie wykazało, że gęstość mocy w przeliczeniu na pojedynczy por membrany osiąga wartość do 15 300 W na metr kwadratowy. Z kolei efektywność konwersji energii przy odczynie pH 5,5 zbliżyła się do teoretycznej granicy fizycznej, wynoszącej 50%.
Odzyskiwanie litu i produkcja niebieskiej energii
Odkrycie zespołu kierowanego przez Semiha Cetindaga i Aadityę Pendse otwiera drzwi do komercyjnego wdrożenia tej technologii w dwóch obszarach:
- Efektywny recykling baterii – wyjątkowa szybkość i selektywność membran w przepuszczaniu jonów litu może posłużyć do stworzenia nowych, znacznie tańszych i szybszych metod odzyskiwania tego cennego pierwiastka ze zużytych akumulatorów litowo-jonowych.
- Generowanie tzw. niebieskiej energii – technologia ta idealnie nadaje się do pozyskiwania energii osmotycznej. Elektrownie tego typu produkują czysty prąd w miejscach, w których woda słona (np. z mórz) miesza się z wodą słodką (np. z ujść rzek), wykorzystując naturalną różnicę stężeń soli.