一种新的电极锥形流道设计提高了基于电池的海水淡化效率，与反渗透相比，可能会减少能源使用。这一突破可能会使其他电化学设备受益，但需要解决制造挑战。
工程师们已经开发出一种解决方案，可以消除用于电池海水淡化的电极中的流体流动“死区”。这一突破涉及电极内物理驱动的锥形流道设计，可实现更快、更有效的流体运动。与传统的反渗透技术相比，这种设计具有消耗更少能源的潜力。
海水淡化技术面临着阻碍其广泛采用的重大挑战。最常见的方法是反渗透，通过迫使水通过膜来过滤水中的盐分，这既耗能又昂贵。相比之下，电池脱盐方法使用电力从水中去除带电的盐离子。然而，这种方法也需要能量来推动水通过具有微小、不规则孔隙空间的电极，这一直是一个限制因素 —— 直到现在。
一种新的方法：结构化流道
“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的结构流动通道，”伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校机械科学与工程教授凯尔·史密斯（Kyle Smith）说，他是这项研究的负责人。“然而，通过在电极内创建通道，该技术可以用更少的能量来推动水通过，最终比反渗透过程中常用的方法更有效。”
史密斯基于电池的海水淡化技术，建立在他在伊利诺斯州的研究小组多年的建模和实验基础上，在最近的一项研究中达到了顶峰，该研究首次展示了含有微小微通道的电极，这种微通道被称为“交叉流场”。
该小组的新研究还将IDFF纳入电极中，但这次通道形状是锥形的，而不是直的。使用带有锥形通道的电极，流体的流动性或渗透率比直接通道提高了两到三倍。研究结果发表在《电化学学报》上。
伊利诺伊大学的研究生官哈比卜·拉赫曼（Habib Rahman）说：“我们对电极上的直通道的初步研究使我们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动分布。为了克服这一挑战，我们创建了一个包含28种不同直通道的库，用于实验和了解电导和流量变化，并最终实现了这种通道变细技术。”
挑战与未来应用
在进行实验时，史密斯和拉赫曼表示，他们面临着一些制造挑战，特别是将通道磨成电极所需的时间，这在任何大规模生产场景中都是一个问题。然而，史密斯表示，他们有信心克服这一挑战。
史密斯说：“除了对电化学脱盐的影响外，我们的通道变细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流体的电化学设备，包括那些用于能量存储转换和环境可持续性的设备，如燃料电池、电解电池、液流电池、碳捕获设备和锂回收设备。”“与之前使用即兴设计的通道锥形策略不同，我们的方法提供了基于物理的设计指南，可以同时创造均匀的流动并最小化压降。”
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