工程师们开发出一种解决方案，可消除用于电池式海水淡化的电极中的流体流动"死区"。 这一突破包括在电极内采用物理驱动的锥形流道设计，使流体流动更快、更高效。 与传统的反渗透技术相比，这种设计具有能耗更低的潜力。
伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员正在开发一种用于电池式海水淡化的高效新型电极，从而引领海水淡化技术的大规模应用。 资料来源：Fred Zwicky
用于电极的新型锥形流道设计提高了基于电池的海水淡化效率，与反渗透法相比，有可能降低能耗。 这一突破可能会惠及其他电化学设备，但还需要解决制造方面的难题。
海水淡化技术面临着巨大的挑战，无法得到广泛应用。 最常见的方法是反渗透法，通过强制使水通过薄膜来过滤水中的盐分，这种方法既耗能又昂贵。 相比之下，电池脱盐法利用电能去除水中带电的盐离子。 然而，这种方法也需要能量来推动水通过具有微小、不规则孔隙的电极，这一直是一个限制因素--直到现在。
伊利诺伊大学香槟分校机械科学与工程教授凯尔-史密斯（Kyle Smith）说："传统的电极仍然需要能量来泵送流体通过，因为它们不包含任何固有结构的流动通道。然而，通过在电极内创建通道，该技术可以减少推动水通过所需的能量，并最终变得比反渗透过程中常用的技术更高效。"
史密斯基于电池的海水淡化技术建立在他在伊利诺伊州的研究小组多年的建模和实验基础之上，最近的一项研究首次展示了含有被称为"交错流场"的微小通道的电极的使用。
该研究小组的新研究也在电极中加入了交错流场，但这次的通道形状是锥形的，而不是直的。 使用带有锥形通道的电极，流体流动性（或渗透性）比直通道提高了两到三倍。 该研究成果发表在Electrochimica Acta.杂志上。
伊利诺伊大学研究生哈比卜-拉赫曼（Habib Rahman）说："我们最初对电极中直管道的研究发现了电极内的死区，在那里我们看到了压力下降和不均匀的流量分布。为了克服这一难题，我们创建了一个包含 28 种不同直通道的库，以实验和了解电导和流量变化，并最终实现了这种通道分切技术。"
史密斯和拉赫曼说，在进行实验时，他们遇到了一些制造方面的挑战，特别是在电极上铣槽所需的时间，这在任何扩大生产的情况下都是个问题。 不过，史密斯说他们有信心克服这一挑战。
史密斯说："除了对电化学海水淡化的影响之外，我们的通道分流理论和相关设计原则还可以直接应用于任何其他使用流动液体的电化学装置，包括燃料电池、电解槽、流动电池、碳捕获装置和锂回收装置等用于能量存储转换和环境可持续性的装置。与之前使用即兴设计的通道分流策略不同，我们的方法提供了基于物理学的设计指南，可以同时创造均匀的流动和最小的压降。"
编译自/ScitechDaily