Avsmalnande kanaler för bättre avsaltning

En ny design för avsaltning av havsvatten använder avsmalnande kanaler för att öka effektiviteten, minska energianvändningen och utmana nuvarande metoder.Kan detta förändra vattentekniken?

Ingenjörer vid University of Illinois i Urbana-Champaign har utvecklat en metod för att hantera de "döda zonerna" i fluidflöde som vanligtvis stöter på i elektroderna av batterier som används för avsaltning av havsvatten.Detta innovativa tillvägagångssätt använder en fysikinspirerad avsmalnande flödeskanaldesign i elektroderna, vilket gör att vätskor kan röra sig snabbare och effektivt.

Denna teknik kan använda mindre energi än de för närvarande dominerande omvända osmosmetoderna.

Medan avsaltningsteknik erbjuder en lösning på vattenbrist, har dess utbredda adoption hindrats av tekniska utmaningar.Den dominerande tekniken, omvänd osmos, innebär att tvinga vatten genom ett membran för att avlägsna salt, vilket är både kostsamt och energikrävande.

Däremot använder den batteribaserade metoden elektricitet för att extrahera laddade saltjoner från vattnet.Men detta tillvägagångssätt förbrukar också energi för att driva vatten genom elektroder med små, oregelbundet formade porer.

Forskningsgruppen i Illinois har tillbringat flera år på att utveckla en batteribaserad avsaltningsteknik som innehåller omfattande modellering och experiment.Deras ansträngningar har nyligen lett till en genombrottsstudie som introducerade elektroder med små mikrokanaler kända som interdigiterade flödesfält (IDFF).

Deras senaste forskning främjar detta koncept genom att använda avsmalnande kanaler inom elektroderna snarare än raka.Denna modifiering har förbättrat vätskeflödet - eller permeabilitet - av två till tre gånger jämfört med på varandra följande kanaler.Resultaten av denna studie har publicerats i tidskriften Electrochimica Acta.

Under sina experiment mötte forskarna tillverkningsutmaningar, särskilt den långa processen som krävs för att fräsa kanaler i elektroderna, ett betydande hinder för att öka produktionen.Trots detta uttryckte Smith förtroende för att detta hinder kan överträffas.

Kanal-taperingsteorin och designprinciper gäller för olika elektrokemiska anordningar som använder flödande vätskor.Utöver deras roll i elektrokemisk avsaltning kan de användas i energilagring, omvandling och miljöhållbarhetsanordningar, inklusive bränsleceller, elektrolysceller, flödesbatterier, kolupptagningssystem och litiumåtervinningssystem.