UT Austin entwickelt bioinspirierte Kanäle zur Lithiumfiltration
Nanoskalige Poren erreichen eine bis zu fünfmal höhere Selektivität, um die Gewinnung von Batteriematerialien zu optimieren.
Von Giovanni Sapere
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Chemieingenieure der University of Texas at Austin haben nanoskalige künstliche Poren entwickelt, die biologische Zellmembranen nachahmen, um Lithiumionen zu filtern. Die chemische Innovation lässt Lithium passieren, während konkurrierende Metalle wie Natrium und Magnesium blockiert werden. Die im Journal of the American Chemical Society veröffentlichte Methode bietet einen saubereren Weg zur Gewinnung kritischer Rohstoffe für die Energiespeicherung.
Nachbildung biologischer Membranen im Nanomaßstab
Natürliche Zellmembranen nutzen spezialisierte Proteinkanäle, um den Durchgang bestimmter Ionen und Moleküle zu regulieren. Forscher der University of Texas at Austin haben diesen biologischen Mechanismus in künstlichen, synthetischen Poren nachgebildet, wie Interesting Engineering berichtet. Die daraus resultierende Erfindung erlaubt es Lithiumionen, die Poren zu passieren, während konkurrierende Elemente mit ähnlichen physikalischen Eigenschaften zurückgehalten werden.
„Unser Ziel ist ein Verfahren, das schneller, sauberer und einfacher zu betreiben ist.“
— Manish Kumar, Professor an der University of Texas at Austin
Filterung von Batterieelementen aus komplexen Solen
Die Nachfrage nach Lithium wächst rasant aufgrund seiner zentralen Rolle in Batterien für Elektrofahrzeuge und Unterhaltungselektronik. Bei herkömmlichen Förderbedingungen wie unterirdischen Solen, Festgesteinsvorkommen und Batterierecyclingströmen bleibt Lithium mit Natrium, Kalium, Magnesium und Calcium vermischt. Laut Interesting Engineering wiesen die neuen künstlichen Kanäle in Labortests eine zwei- bis fünfmal höhere Lithiumselektivität auf als andere kürzlich entwickelte Lithiumtransporter. Chemische Gruppen am Eingang interagieren mit den ankommenden Ionen, und der begrenzte Raum im Inneren der Pore bestimmt, welche Teilchen passieren können.
Skalierung von Membranen für die industrielle Trennung
Das Forschungsprojekt wurde von Manish Kumar geleitet, Professor für Bau-, Architektur- und Umweltingenieurwesen sowie Chemieingenieurwesen an der UT Austin. Das Ingenieurteam hatte zuvor bereits ähnliche Strukturen zur Trennung industrieller Seltenerdmetalle entwickelt, so Interesting Engineering. Um den Schritt in Richtung industrieller Anwendung und potenziellem Patentschutz zu machen, testen die Forscher nun, wie sich diese Kanäle in größere Membranflächen einbetten lassen, die aus miteinander verbundenen, zellähnlichen Schichten aus Polymeren oder Lipiden bestehen. Im weiteren Verlauf dieser Innovation müssen künftige Versuche zeigen, ob die Kanäle dem Kontakt mit komplexen natürlichen Solen standhalten, da kommerzielle Rückgewinnungsraten und Betriebskosten bislang noch nicht ermittelt wurden.
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