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的關鍵推動力。例如，將兩個端子分開的電池中的膜有助于防止短路，同時還可以傳輸保持電流流動所需的帶電粒子或離子。
選擇性最強的膜-可能通過的標準非常嚴格的膜-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的性能。
現(xiàn)在，正如今天在《自然》雜志上報道的那樣，研究人員設計了一種聚合物膜，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”，由分子共同充當圍繞每個鋰離子的溶劑-就像在熟悉的食鹽溶解于液態(tài)水中的過程中，水分子圍繞著每個帶正電的鈉離子一樣。由能源部勞倫斯伯克利國家實驗室(Berkeley Lab)的研究人員領導的研究小組發(fā)現(xiàn)，與標準膜相比，溶劑化籠罩使鋰離子通過膜的流量增加了一個數(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行，這對于電動車輛和飛機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，才能設計出結合復雜混合物中的特定離子或分子的位點，并使它們選擇性地且高速率地擴散到膜中。”說布雷特·赫爾姆斯，在一個主要研究者聯(lián)合中心儲能研究(JCESR)和工作人員科學家伯克利實驗室的分子鑄造，誰領導的工作。
這項研究得到了能源部能源創(chuàng)新中心JCESR的支持，其任務是為電極，電解質(zhì)和界面提供具有變革意義的新概念和新材料，以實現(xiàn)用于交通運輸和電網(wǎng)的高性能下一代電池的多樣性。Helms說，特別是，JCESR提供了動機來了解離子如何在儲能設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計，Helms和他的團隊研究了廣泛實踐的藥物發(fā)現(xiàn)過程。在藥物發(fā)現(xiàn)中，通常會建立和篩選具有不同結構的大分子小分子庫，以查明與目標生物分子結合的分子。與該方法相反，該小組假設通過構建和篩選具有不同孔結構的大型膜庫，可以識別出暫時容納鋰離子的籠子。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合位點
標簽： 藥物發(fā)現(xiàn)
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