允許某些分子快速通過而又阻止其他分子通過的膜，是從電池和燃料電池到資源提煉和水凈化的能源技術(shù)的關(guān)鍵推動(dòng)力。例如，將兩個(gè)端子分開的電池中的膜有助于防止短路，同時(shí)還可以傳輸保持電流流動(dòng)所需的帶電粒子或離子。
選擇性最強(qiáng)的膜-可能通過的標(biāo)準(zhǔn)非常嚴(yán)格的膜-電池中工作離子的滲透率低，這限制了電池的功率和能量效率。為了克服膜選擇性和滲透性之間的折衷，研究人員正在開發(fā)增加離子在膜內(nèi)的溶解度和遷移率的方法，從而使更多的離子更快速地通過膜。這樣做可以提高電池和其他能源技術(shù)的性能。
現(xiàn)在，正如今天在《自然》雜志上報(bào)道的那樣，研究人員設(shè)計(jì)了一種聚合物膜，該膜在其孔中內(nèi)置了分子籠，可容納鋰鹽中帶正電的離子。這些籠稱為“溶劑籠”，由分子共同充當(dāng)圍繞每個(gè)鋰離子的溶劑-就像在熟悉的食鹽溶解于液態(tài)水中的過程中，水分子圍繞著每個(gè)帶正電的鈉離子一樣。由能源部勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室(Berkeley Lab)的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的研究小組發(fā)現(xiàn)，與標(biāo)準(zhǔn)膜相比，溶劑化籠罩使鋰離子通過膜的流量增加了一個(gè)數(shù)量級。該膜可以使高壓電池單元以更高的功率和更高的效率運(yùn)行，這對于電動(dòng)車輛和飛機(jī)而言都是重要的因素。
“雖然可以在很小的長度尺度上配置膜的孔，但直到現(xiàn)在，才能設(shè)計(jì)出結(jié)合復(fù)雜混合物中的特定離子或分子的位點(diǎn)，并使它們選擇性地且高速率地?cái)U(kuò)散到膜中。”說布雷特·赫爾姆斯，在一個(gè)主要研究者聯(lián)合中心儲(chǔ)能研究(JCESR)和工作人員科學(xué)家伯克利實(shí)驗(yàn)室的分子鑄造，誰領(lǐng)導(dǎo)的工作。
這項(xiàng)研究得到了能源部能源創(chuàng)新中心JCESR的支持，其任務(wù)是為電極，電解質(zhì)和界面提供具有變革意義的新概念和新材料，以實(shí)現(xiàn)用于交通運(yùn)輸和電網(wǎng)的高性能下一代電池的多樣性。Helms說，特別是，JCESR提供了動(dòng)機(jī)來了解離子如何在儲(chǔ)能設(shè)備中使用的多孔聚合物膜中被溶劑化。
為了查明在膜上能夠溶解鋰離子的籠子的設(shè)計(jì)，Helms和他的團(tuán)隊(duì)研究了廣泛實(shí)踐的藥物發(fā)現(xiàn)過程。在藥物發(fā)現(xiàn)中，通常會(huì)建立和篩選具有不同結(jié)構(gòu)的大分子小分子庫，以查明與目標(biāo)生物分子結(jié)合的分子。與該方法相反，該小組假設(shè)通過構(gòu)建和篩選具有不同孔結(jié)構(gòu)的大型膜庫，可以識(shí)別出暫時(shí)容納鋰離子的籠子。從概念上講，膜中的溶劑化籠子類似于小分子藥物靶向的生物結(jié)合位點(diǎn)
標(biāo)簽： 藥物發(fā)現(xiàn)
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