Lityum İkseli Bataryalarda Çıkarma Sürecine Hücre Esintili Nano-Kanal Çözümüyle Yeni İtici Güç

Mevcut arıtma yöntemleri buharlaşma havuzlarına, uzun işleme sürelerine ve toksik çevresel atık üreten sert kimyasallara dayanıyor. Lityumu bu rekabetçi iyonlardan ayırmak için verimli ve çevre dostu yollar bulmak, artan tedar zinciri sorunları dönemlerinde büyük önem taşıyor.

Son zamanlarda dünya genelinde çeşitli çözümler ortaya çıkmaya başladı. Bu yeni çalışmada Teksas ekibi, daha hızlı bir çözüm için biyolojiye başvurdu.

Çalışma, canlı hücrelerde bulunan seçici biyolojik kapıları taklit eden yapay nanölçekli kanallara odaklandı.

Çalışmaya göre, sentetik gözenekler, girişlerinde özel kimyasal “kancalar” taşıyan halka biçimli pillar[5]arene moleküllerinden oluşturuldu. Bunlar, lityum iyonlarını rekabetçi elementlerden süzen hassas bir bekçi gibi görev yapıyor.

Elektrik alanı altında bu kanallar olağanüstü bir hassasiyet gösteriyor. Muhafazkâr tahminler, kanalların lityumu sodyuma göre taşıma olasılığının 94 kat daha fazla olduğunu ve hacimli magnezyum iyonlarına karşı 280 kat’dan fazla seçici olduğunu gösteriyor. Genel olarak bu küçük gözeneklerin lityuma karşı seçiciliğinin, yakın zamanda raporlanan diğer yapay taşıyıcılardan iki ile beş kat daha fazla olduğu ortaya çıktı.

“Bu çalışma, yapay transmembran iyon kanalları için günümüze kadar raporlanan en yüksek genel Li+ seçiciliklerinden birine ulaşan, muhafazkâr alt-limit seçicilik tahminleri Li+/Na+ ≥ 94, Li+/K+ ≥ 136, Li+/Mg2+ ≥ 286 olan bir biyomimetik supramoleküler membran kanal sınıfının tasarımını raporluyor,” çalışma makalesinde belirtildi.

Ayrıca moleküler simülasyonlar, kanalların bu atomik süzme işlemini nasıl gerçekleştirdiğini ortaya koyuyor. İyonlar dar yola girdiğinde, lityum çevresindeki su kabuğunu kolayca biriktirip kanalın kimyasal girişinde uygun bir devir teslimi gerçekleştiriyor. Ancak kalsiyum ve magnezyum gibi ağır iddialılar su moleküllerine çok sıkı tutunuyor. Bu su kabuklarını çıkarmak için gereken enerji çok fazla olduğundan, lityum süzülürken bu iyonlar dışarıda mahsur kalıyor.

Bu gelişme, yapay iyon kanallarında yeni bir performans ölçütü belirleyerek daha hızlı, daha temiz ve yerel lityum çıkarma işlemleri için yol açabilir.