新型膜技术改善了水的净天富平台登录化和电池的储能

时间:2020-09-23 14:13 作者:http://zdtnx.com.cn/ 分享到:
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伦敦帝国理工学院的科学家发明了一种新型膜,可以改善水的净化和电池的能量储存。
 
离子交换膜设计的新方法于2019年12月2日发表在《自然材料》(Nature Materials)上,它使用了低成本的塑料膜,具有许多微小的亲水(“吸水”)孔。它们是对现有技术的改进,目前的技术比较昂贵,应用困难。
 
“我们的设计为各种用途的新一代膜欢呼——既改善生活,也促进可再生能源(如太阳能和风能)的储存,这将有助于对抗气候变化。”——宋齐雷博士天富平台登录
 
目前的离子交换膜,被称为Nafion,用于净化水和存储可再生能源输出到燃料电池和电池。然而,在Nafion膜的离子传输通道是不清楚的,膜非常昂贵。
 
相比之下,低成本的聚合物膜已广泛应用于膜工业的各个领域,从去除水中的盐和污染物到天然气净化,但这些膜通常没有足够的导电性或选择性来进行离子传输。
 
 
 
现在,一个由帝国理工学院的宋齐雷博士和爱丁堡大学的尼尔·麦克欧文教授领导的多机构团队已经开发了一种新的离子传输膜技术,这种技术可以降低电池储能和净化水的成本。
 
他们与帝国理工学院的Kim Jelfs博士合作,利用计算机模拟技术改变了薄膜的组成部分,使其具有不同的性质。
 
意大利螺旋面骨干
 
他们的发明可能有助于使用和储存可再生能源,并提高发展中国家清洁饮用水的可用性。
 
帝国理工学院化学工程系的首席作者宋博士说:“我们的设计为新一代具有多种用途的膜欢呼——既改善了人们的生活,也促进了可再生能源(如太阳能和风能)的储存,这将有助于应对气候变化。”
 
微孔离子筛分膜
 
具有有序通道的微孔离子筛分膜允许离子快速和选择性的传输。作者:宋齐雷,伦敦帝国理工学院
 
聚合物是由刚性和扭曲的脊骨组成,就像意大利细面条。它们包含被称为“微孔”的微小孔道,提供刚性的、有序的通道,分子和离子可以根据其物理尺寸选择性地通过这些通道。
 
这些聚合物还可溶于普通溶剂,因此它们可以铸成超薄薄膜,从而进一步加速离子传输。这些因素意味着这种新型膜可以广泛应用于需要快速选择性离子传输的分离过程和电化学装置中。
 
过滤水
 
为了使PIMs更亲水,研究小组加入了吸引水的官能团,即Troger 's碱基和偕胺肟基,以允许小盐离子通过,同时保留大离子和有机分子。天富平台登录
 
该团队证明了他们的膜在过滤水中的小盐离子、去除城市水处理中的有机分子和有机微污染物时具有高度选择性。宋博士说:“这种膜可以用于水纳滤系统,并在更大的规模上生产,为发展中国家提供饮用水。”
 
膜除去水中的有机分子
 
膜除去水中的有机分子。作者:宋齐雷,伦敦帝国理工学院
 
它们也足够特殊,可以从盐水中的镁中过滤出锂离子——这项技术可以减少对开采锂的昂贵需求,而锂是锂离子电池的主要来源。
 
宋博士说:“也许现在我们可以从海水或卤水水库中获得可持续的锂,而不是在地下开采,那样更便宜、更环保,并有助于电动汽车和大规模可再生能源存储的发展。”
 
提高电池
 
电池储存和转换风能和太阳能等可再生能源,然后将这些能源送入电网,为家庭供电。当可再生能源消耗不足时,比如当太阳能电池板在晚上不收集能量时,电网就可以使用这些电池。
 
流动电池适用于此类大规模长期存储,但目前商用流动电池使用的钒盐、硫酸和Nafion离子交换膜价格昂贵,限制了流动电池的大规模应用。
 
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