تولید غشایی برای افزایش کارآمدی سیستم ذخیره انرژی لیتیومی در همکاری ایران و استرالیا

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، با همکاری تیم‌های تحقیقاتی از ایران و استرالیا یک غشا همگرا برای استخراج یون لیتویم ساخته شده و خواص آن بررسی شده است.

در این پروژه که با همکاری تیم‌های تحقیقاتی از ایران و استرالیا در قالب یک همکاری بین‌المللی صورت گرفته است، یک غشا همگرا برای استخراج یون لیتویم ساخته شده و خواص آن بررسی شده است.

پیش‌بینی می‌شود که با توجه به نیاز فزاینده صنعت به عنصر حیاتی لیتیوم، به زودی تقاضای این ماده از عرضه آن فزونی یافته و این ماده به یک ماده ژئوپلیتیکی مهم تبدیل خواهد شد. از این رو تحقیقات در این حوزه جهت استخراج این ماده مهم از منابع قابل حصول و در دسترس مورد توجه محققین قرار گرفته است. آب دریا به‌عنوان یک منبع سرشار از یون‌های لیتیوم می‌تواند بخش قابل ملاحظه‌ای از نیاز‌های بشر به این ماده حیاتی را تامین کند، اما مشکلات تفکیک‌پذیری این یون از سایر یون‌های موجود در آب باعث شده تا این راه حل با چالش‌هایی مواجه شود. در همین راستا طراحی مواد نوین برای توسعه غشا‌های با ساختار نانو کانال و نانوحفره‌های با گزینش‌پذیری یون لیتیوم به یکی از اولویت‌های علمی سال‌های اخیر تبدیل شده است.

آینده سیستم‌های ذخیره انرژی مبتنی بر لیتیوم به شدت به جداسازی کارآمد این ماده متکی است. اخیرا کانال‌های یونی بیولوژیکی دارای ساختار‌های حفره‌ای نامتقارن با جداسازی و سنجش بسیار کارآمد یون‌های فلزی قلیایی مورد توجه محققین قرار است. با این حال، بازآفرینی مصنوعی چنین ساختار زیستی پیچیده‌ای از نظر فنی چالش برانگیز است. در این تحقیق یک غشا قابل تنظیم با قابلیت انتخاب یون تک ظرفیتی لیتیوم از طریق منافذ نامتقارن چند انگسترومی با موانع فعال انرژی کاشته شده طراحی شده است. موانع فعال انرژی از طریق دیواره‌های چند انگسترومی و مولکول‌های مهمان در برابر حرکت یونی عمل می‌کنند، بدین طریق که یون هدف را نگه داشته و در عین حال انتقال یون‌های غیر هدف را تسهیل می‌کنند. غشا تولیدی از چهارچوب‌های فلزی-آلی دولایه (MOF-on-MOF) تشکیل شده است که ساختار حفرات را برای به تله انداختن یون لیتیوم از ۶ انگستروم به ۳٫۴ آنگستروم کنترل می‌کند. اندازه‌گیری‌های انجام شده به ترتیب نسبت یکسوسازی جریان یونی بی‌سابقه بالای ۱۰۰ را با نسبت‌های گزینش‌پذیری فوق‌العاده بالای ۸۴ و ۸۰ برای یون‌های K+/Li و Na+/Li نشان می‌دهد. پژوهش فوق پیشرفت قابل توجهی را در توسعه کانال‌های انتخابی برای یون‌های تک ظرفیتی ایجاد کرده و اثرات بالقوه‌ای در فناوری‌های سنجش، ذخیره‌سازی انرژی و جداسازی خوهد داشت.