Ученые нашли «супермагистраль» для лития — нанотрубки из нитрида бора ускорили переход лития в 30 раз

Новое исследование показало неожиданное свойство нанотрубок из нитрида бора: они способны проводить ионы лития значительно быстрее, чем это предсказывали теоретические модели. Причём речь идёт не просто об ускорении — структура наноканалов ещё и «фильтрует» частицы, пропуская литий и одновременно блокируя многие другие ионы.

Изображение: Magnific

По мнению авторов работы, такие свойства делают нитрид-борные нанотрубки перспективной основой для новых мембранных технологий. В будущем их можно будет использовать как в энергетике, так и в промышленности — например, для получения электроэнергии за счёт разницы солёности воды или для более эффективной добычи лития, критически важного для производства аккумуляторов.

Один из авторов исследования, доцент Иллинойсского университета в Чикаго Сангил Ким, отметил, что скорость движения ионов в эксперименте оказалась выше не только расчётных значений, но и всех ранее наблюдавшихся в подобных системах.

Проблема управления потоками ионов в наноканалах — одна из ключевых в разработке аккумуляторов нового поколения, опреснительных установок и технологий извлечения редких материалов. Главная сложность здесь — совместить высокую скорость фильтрации с точной селективностью.

Чтобы проверить идею на практике, учёные создали мембрану из миллионов заряженных нанотрубок. Её поместили между растворами с разной концентрацией солей и измерили перенос ионов. Оказалось, что литий проходит через такую систему примерно в 31 раз быстрее, чем ожидалось по теории, при этом другие ионы задерживаются значительно эффективнее.

Чтобы продемонстрировать возможное практическое применение, исследователи собрали компактное устройство, которое преобразует химическую разницу солевых растворов в электричество. Энергии оказалось достаточно, чтобы питать простые устройства — например, электронные часы или калькулятор.

Учёные отмечают, что принцип работы во многом напоминает процессы в живой природе: похожим образом электрические угри генерируют разряд, управляя потоками ионов через специализированные клетки.

В дальнейшем команда планирует сосредоточиться на практическом применении технологии — прежде всего в переработке старых аккумуляторов и извлечении лития, а также на более глубоком изучении аномально быстрого транспорта ионов в наноструктурах.

©  iXBT