Ученые открыли «супермагистраль» для лития: как нанотрубки из нитрида бора ускоряют процесс в 30 раз

Прорыв в добыче сырья для аккумуляторов

Недавнее исследование выявило неожиданные характеристики нанотрубок на основе нитрида бора: они могут проводить ионы лития значительно быстрее, чем предсказывали теоретические модели. При этом речь идет не только об увеличении скорости — структура наноканалов также «фильтрует» частицы, пропуская литий и одновременно блокируя многие другие ионы.

По мнению авторов исследования, такие качества делают нанотрубки на основе нитрида бора многообещающим материалом для новых мембранных технологий. В перспективе их можно будет использовать как в энергетическом секторе, так и в промышленности — например, для генерации электроэнергии за счет разности солености воды или для более эффективного извлечения лития, который критически важен для производства аккумуляторов.

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

Проблема управления потоком ионов в наноканалах является одной из ключевых в разработке аккумуляторов нового поколения, установок для опреснения и технологий извлечения редких материалов. Главная трудность здесь заключается в сочетании высокой скорости фильтрации с точной селективностью.

Чтобы проверить идею на практике, ученые создали мембрану из миллионов заряженных нанотрубок. Ее поместили между растворами с различной концентрацией солей и измерили перенос ионов. Выяснилось, 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 — такие как электронные часы или калькулятор.

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

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