Нанотрубки из нитрида бора ускорили перенос лития в 31 раз
Исследователи показали, что нанотрубки из нитрида бора могут пропускать ионы лития примерно в 31 раз быстрее, чем предсказывали расчёты для таких систем. Одновременно мембрана из этих наноканалов лучше задерживает многие другие ионы. Авторы работы рассматривают результат как основу для технологий извлечения лития, новых мембран и устройств, которые получают электричество на разнице солёности растворов.
Команда собрала мембрану из миллионов заряженных нанотрубок и поместила её между растворами с разной концентрацией солей. В эксперименте литий проходил через такую структуру заметно быстрее ожидаемого уровня, а посторонние ионы фильтровались эффективнее. Один из авторов работы, доцент Иллинойсского университета в Чикаго Сангил Ким, заявил, что наблюдаемая скорость оказалась выше не только теоретических оценок, но и результатов, которые раньше получали в сопоставимых наноканалах.
Авторы также собрали компактный демонстратор, который превращает химическую разницу между солевыми растворами в электричество. Выходной мощности хватило для простых устройств вроде электронных часов и калькулятора. Такой подход давно интересует разработчиков мембран, поскольку одна и та же платформа может работать и как фильтр, и как элемент энергоустановки.
Для отрасли аккумуляторов результат интересен по двум причинам. Первая: извлечение лития всё сильнее смещается от классических испарительных бассейнов к прямому извлечению из рассолов, где решающую роль играют селективные мембраны и сорбенты. Вторая, переработка использованных батарей становится отдельным источником сырья: по оценке Международного энергетического агентства, мировой спрос на литий к 2030 году в сценариях ускоренной электрификации вырастет в несколько раз по сравнению с началом десятилетия.
На этом фоне конкуренция идёт не только между добывающими компаниями, но и между материалами для разделения ионов. Для тех же задач тестируют графеновые мембраны, оксид графена, керамические сепараторы и селективные полимеры. Преимущество нитрида бора в том, что этот материал химически стабилен и хорошо переносит жёсткие условия, а ответ на вопрос о промышленной пригодности даст уже следующий этап, когда исследователи попробуют применить мембраны в переработке аккумуляторов и извлечении лития из реальных смесей, а не модельных растворов.
