未来燃料电池和电池中的关键

纳米尺寸通道对于使蛋白质透过膜的作用至关重要，可控制离子和分子流过生物细胞的内外壁流量，继而，这是许多使细胞保持持续的生物过程的关键。流控的纳米通道在未来燃料电池和电池中将起重要作用。

美国能源部先进研究项目局能源部(ARPA-E)的首席科学家ArunMajumdar与加州大学研究团队ChuanhuaDuan等人共同开发这一项目，成果已发布在《自然-纳米技术（NatureNanotechnology）》杂志上。

改进离子传送可提高燃料电池和电池的电力密度和实际的能量密度。虽然燃料电池和电池的理论能量密度由活性电化学材料决定，但实际的能量密度仍要低出许多，这是因为有内部能量损失和非活性组分的应用。改进离子运送可望减小燃料电池和电池中的内部阻力，这样可减少内部能量损失和提高实际的能量密度。

研究人员发现，在2-nm亲水的纳米结构中，离子传送可大大提升，这是因为它们的几何学排布和高的表面电荷密度所致。

现在的分离器大多为由聚合膜或非无纺织物组成的微孔层。嵌入2-nm亲水的纳米通道排列的无机膜可望用于替代现在的分离器，并改进实际的电力和能量密度。

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研究人员的下一步工作将研究在亲水的纳米管中离子和分子的传送，这种亲水的纳米管甚至小于2-nm。通过较小的几何形状和较强的水合作用动力，预计离子传送甚至会进一步提高。

研究人员正在开发嵌入2-nm亲水纳米管排布的无机膜，用于研究在水性和有机电解质中的传送，也将开发作为锂离子电池用的新型分离器。