Новое исследование открыло уникальные свойства нанотрубок из нитрида бора: выяснилось, что они способны пропускать ионы лития со скоростью, в 30 раз превышающей теоретические прогнозы. Помимо рекордной пропускной способности, такая наноструктура демонстрирует избирательность, эффективно фильтруя частицы и блокируя прохождение нежелательных ионов.
Авторы научной работы уверены, что подобные характеристики делают нанотрубки из нитрида бора идеальной основой для перспективных мембранных технологий. В будущем такие системы могут быть востребованы в энергетическом секторе и промышленной добыче лития — ресурса, критически важного для производства современных аккумуляторов. Кроме того, технология может найти применение в установках для получения электричества из разницы солёности воды.
Сангил Ким, доцент Иллинойсского университета в Чикаго и один из ведущих авторов исследования, подчеркнул, что зафиксированная скорость движения ионов значительно выше не только расчетных показателей, но и любых результатов, полученных в подобных экспериментальных системах ранее.
Решение проблемы ионной селективности
Управление ионными потоками в наноканалах является одной из фундаментальных задач при создании аккумуляторов следующего поколения, систем опреснения воды и методик извлечения редких химических элементов. Главный вызов для ученых заключался в поиске баланса между высокой скоростью фильтрации и точностью селективности.
Для проверки гипотезы исследователи сконструировали мембрану из миллионов заряженных нанотрубок. В ходе эксперимента, где мембрану помещали между растворами с разной концентрацией солей, выяснилось, что ионы лития проходят через каналы в 31 раз быстрее, чем предсказывала теория, при этом другие типы ионов эффективно блокируются.
Практическое применение технологии
Для демонстрации реальной эффективности открытия команда разработала компактное устройство, преобразующее энергию химического потенциала солевых растворов в электрический ток. Вырабатываемой мощности оказалось достаточно для работы малопотребляющей электроники, такой как калькуляторы или электронные часы.
Исследователи проводят параллели с природными биологическими процессами: аналогичным образом электрические угри генерируют разряд, филигранно управляя потоками ионов через специализированные клеточные структуры.
В планах команды — масштабирование технологии для нужд переработки отработанных аккумуляторов и оптимизация извлечения лития, а также детальное изучение фундаментальных причин столь быстрого транспорта ионов в наноразмерных структурах.
