科学家开发用于清洁能源应用的高速离子传输膜

伊利诺伊大学芝加哥分校的研究人员开发出一类新型纳米管膜，能够实现极快速的锂离子传输。

发表在《自然》出版集团旗下《自然·纳米技术》期刊上的一项新研究发现，微观的氮化硼纳米管能够以远超此前预期的速度传输锂离子。这些微小的管状通道被证明可以选择性地传输锂离子，同时阻挡许多其他离子，有效构建了一条高速锂传输路径。研究结果表明，氮化硼纳米管有望成为下一代分离技术的前景广阔的平台。

潜在应用包括清洁能源生产，例如利用海水与淡水混合发电的蓝色能源系统，以及用于电池制造的更高效锂提取。

新离子传输机制超越理论预期

据Sangil Kim介绍，新发现的传输机制使锂离子能够以极高的速度穿过纳米管。Kim是伊利诺伊大学芝加哥分校化学工程副教授、该研究的共同作者，他指出，观测到的离子传输速率显著超过了理论预测以及现有实验系统所报告的结果，凸显了这种基于纳米管方法的非同寻常的高效性。

高效离子传输在众多工业应用中扮演着关键角色。当盐溶解在水中时，会分裂成带正电和带负电的离子，它们以不同的速度穿过纳米通道。调控并控制离子在膜间的这种运动，对于推动电池、海水淡化系统、关键矿物提取以及可再生能源发电等技术的进步至关重要。

然而，在离子快速运动与高选择性之间取得平衡，仍然是一项重大的科学与工程挑战。在这项研究中，研究人员开发了含有数百万个微小氮化硼纳米管的膜，这些纳米管表面带电并具有独特的传输特性。当将这些膜置于不同盐浓度的溶液之间时，它们允许离子通过的速度远超预期。其中，锂离子尤为突出，移动速度比预测值快约31倍。结果还显示出很强的选择性，锂离子穿过通道的速度明显快于其他类型的离子。

受电鳗启发的系统将离子流转化为可用电能

为了展示该系统的潜力，Kim及其团队证明，这种小型膜可以利用盐溶液产生足够的能量来驱动简单的电子设备。Kim提到，他们用这种方法让一块手表和一个计算器工作了起来。

通过离子运动来发电的概念并不新鲜，正如Kim所解释的，电鳗在自然界中就运用了类似的原理，它们通过控制离子流经称为发电细胞的特化细胞来产生电脉冲。发电细胞依赖离子通道将化学梯度转化为电能，这一自然过程长期激励着人们在工程系统中复现类似的机制，包括本研究所开发的膜。

展望未来，Kim及其团队的目标是探索该技术的更多应用，特别侧重于纳米管分离锂的能力。他指出，这些发现有可能用于从废旧电池中回收锂，团队还计划更深入地研究背后的物理原理，以更好地理解在该系统中观察到的异常快速离子传输的驱动因素。

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