工程師們找到了一種方法來消除流體流動“死區”，這些“死區”困擾著基於電池的海水淡化所使用的電極類型。這項新技術在電極內採用基於物理的錐形流道設計，可以快速有效地移動流體，可能比目前的逆滲透技術所需的能量更少。
技術障礙阻礙了海水淡化技術的大規模實施。最常用的方法是逆滲透，將水推入濾除鹽的薄膜，這種方法成本高且耗能。相較之下，電池方法使用電力從水中提取帶電鹽離子。儘管如此，它也需要能量來幫助推動水通過含有微小、不均勻孔隙空間的電極。
「傳統電極仍然需要能量來泵送流體，因為它們不包含任何固有結構的流動通道，」領導這項研究的伊利諾大學厄巴納-香檳分校機械科學與工程教授凱爾史密斯說。 “然而，通過在電極內創建通道，該技術可能需要更少的能量來推動水通過，並最終變得比逆滲透過程中常用的效率更高。”
史密斯的電池為基礎的海水淡化技術是基於他在伊利諾伊州的研究小組多年的建模和實驗，最終在最近的一項研究中展示了首次使用包含稱為叉指流場的微小微通道的電極。
該團隊的新研究還在電極中加入了 IDFF，但這次通道形狀是錐形的，而不是直的。使用具有錐形通道的電極可提高流體流動性或滲透性，是直通道的兩到三倍。這些發現是發表在日記中電化學學報。
伊利諾州研究生哈比卜·拉赫曼(Habib Rahman) 表示：「我們對電極直通道的初步研究發現了電極內的死區，在這些死區中我們看到了壓降和不均勻的流量分佈。 」 “為了克服這一挑戰，我們創建了一個包含 28 個不同直通道的庫來試驗和了解電導率和流量變化，並最終實施了這種通道逐漸變細的技術。”
史密斯和拉赫曼表示，在進行實驗時，他們面臨一些製造挑戰，特別是在電極中銑削通道所需的時間，這在任何擴大生產規模的情況下都會出現問題。不過，史密斯表示，他們有信心克服這項挑戰。
「除了對電化學脫鹽的影響之外，我們的通道錐形理論和相關設計原理還可以直接應用於任何其他使用流動流體的電化學裝置，包括用於能量儲存轉換和環境永續性的裝置，如燃料電池、電解電池、液流電池、碳捕獲裝置和鋰回收裝置，」史密斯說。
“與先前使用臨時設計的通道錐形策略不同，我們的方法提供了基於物理的設計指南，以創建均勻的流動並同時最小化壓降。”
更多資訊：
Md Habibur Rahman 等人，用於淡化及其他用途的通過多孔電極的均勻低壓流的錐形叉指通道，電化學學報（2025）。DOI：10.1016/j.electacta.2024.145632
引文:
新研究有助於消除海水淡化技術及其他領域的盲點（2025 年，1 月 15 日）
