Глава 959: Мембрана молекулярного обмена на основе пористого кремния
На самом деле, на этот раз Чэнь Юйшань ошибся.
После того, как Лу Чжоу вернулся в Цзиньлин, он планировал отправиться на еще один ретрит и не хотел покидать свой дом, пока не решит гипотезу Римана. Однако на нем была слишком большая ответственность.
Ян Сюй, директор Института вычислительных материалов, позвал его на помощь.
Он звонил по поводу проекта литий-воздушной батареи, который был создан пару лет назад.
Лу Чжоу был очень удивлен. Вплоть до конца прошлого года отчеты Института вычислительных материалов показывали, что они добились значительного прогресса в исследованиях литий-воздушных аккумуляторов.
Однако казалось, что в этом году все идет под откос?
Ван Пэн отвез Лу Чжоу в Институт перспективных исследований, и второй Лу Чжоу вошел в лабораторию, Ян Сюй схватил его за руку и звал на помощь.
"Помогите мне, пожалуйста! Я не могу… больше так!
— Заткнись, говори нормально. Я здесь. Ты не на смертном одре, скажи мне, что случилось, я посмотрю, смогу ли я помочь…»
Лу Чжоу был потрясен психическим состоянием Ян Сюй.
Став директором Института вычислительных материалов, он руководил многими успешными проектами и решал многие исследовательские задачи в области материаловедения.
Для такого парня, как он, который был на переднем крае научных исследований, не было ничего необычного в том, чтобы сталкиваться с трудными проблемами, но на этот раз ощущения были другими…
Честно говоря, Лу Чжоу было любопытно, какая проблема может мучить этого парня до такого уровня.
Ян Сюй: «Помните ту мембрану молекулярного обмена из пористого кремния, о которой я упоминал в отчете о ходе исследований некоторое время назад?»
Лу Чжоу вспомнил отчет и кивнул.
"Я думаю так."
Ян Сюй вздохнул и сказал: «Ну, согласно нашему экспериментальному анализу, мы обнаружили, что когда этот вид пористого кремниевого материала помещается под определенную разницу давлений, молекулы газа на стороне высокого давления медленно переносят молекулы определенного диаметра к сторону низкого давления. Наша проектная группа немедленно продолжила это исследование и создала обменную мембрану, способную экранировать молекулы газа в диапазоне диаметров 3,4–3,5 А».
Лу Чжоу: «Разве это не хорошо?»
Диаметр молекулы кислорода составил 3,46 Å, что оказалось в пределах этого диапазона. Несмотря на то, что молекулы аргона имели диаметр 3,4 Å, что также находилось в пределах диапазона экранирования, аргон редко встречался в природе, поэтому он не оказывал существенного влияния.
«Это совсем не хорошо». Ян Сюй нахмурился и покачал головой. Затем он сказал: «Верхняя и нижняя границы диапазона экранирования не фиксированы; они меняются под давлением… Вы понимаете, что я пытаюсь сказать?
У Лу Чжоу было выражение осознания.
«О, я вижу, я вижу, в чем проблема».
По сути, эта пористая мембрана молекулярного обмена на основе кремния была похожа на гибкую рыболовную сеть. Когда рыболовная сеть расширилась, то же самое сделали и отверстия рыболовной сети…
Поэтому единственным решением было поддерживать постоянное давление воздуха с обеих сторон, чтобы через мембрану могли проходить только молекулы кислорода…
Но это было, очевидно, невозможно.
Ян Сюй ясно дал понять, что диапазон просеивания изменяется линейно в зависимости от разницы давлений между двумя сторонами.
Забудьте о технических затратах на поддержание давления воздуха на таком точном уровне, с точки зрения безопасности было опасно допускать окислительно-восстановительную реакцию при нестабильном уровне кислорода.
Металлический литий — это не шутки, он может самопроизвольно взорваться в любой момент!
Если бы было хоть какое-то загрязнение, у них в руках была бы бомба.
— Мы застряли здесь на полгода. Ян Сю покачал головой и сказал: «Мы перепробовали все, что могли».
Лу Чжоу на секунду задумался и сказал: «У вас есть какие-нибудь симуляции? Дайте-ка подумать."
«Следуй за мной».
Ян Сюй подошел к компьютеру и щелкнул мышью. Вскоре после этого на экране перед Лу Чжоу было представлено трехмерное композиционное изображение молекулярной обменной мембраны на основе кремния с пористой сетчатой структурой.
Ян Сюй указал на картинку на экране и заговорил.
«Мы пытались увеличить поверхностное давление на одной стороне обменной мембраны, что заставляет молекулы определенного диаметра проходить через молекулярную обменную мембрану с постоянной скоростью…»
Ян Сюй снова щелкнул мышью.
По бокам мембраны молекулярного обмена появились зеленые и красные точки, которые начали собираться к поверхности мембраны.
«…Когда поверхностное давление мембраны достигает уровня А, молекулы кислорода начинают двигаться через молекулярно-обменную мембрану, в газообменную камеру литий-воздушной батареи. Но когда поверхностное давление продолжает расти, что увеличивает перепад давлений, азот тоже начнет проходить через обменную мембрану…
«Однако пока перепад давлений меняется от А к В, значительное количество молекул азота уже медленно проникло через мембрану. мембрана».
Красные точки на экране, которые представляли молекулы азота, прошли через обменную мембрану и вступили в контакт с литиевым анодом.
Лу Чжоу посмотрел на демонстрацию программного обеспечения Ян Сюй, и на его лице появилось достойное выражение.
После демонстрации Ян Сюй вздохнул и сел в компьютерное кресло.
«Мы нашли решения для молекул воды, углекислого газа и даже молекул монооксида углерода и диоксида серы. Но азот… это слишком сложно. Они как стая мух, их невозможно поймать».
Хотя азот можно было использовать в качестве защитного газа в большинстве ситуаций, например, в пищевой промышленности, он не подходил для литий-воздушных батарей. Главным образом потому, что азот будет реагировать с литием, образуя Li3N.
Если бы газообразный азот проник в систему циркуляции литий-воздушной батареи, вся батарея была бы разрушена в течение нескольких циклов.
Причина, по которой было так сложно производить литий-воздушные батареи, заключалась в том, что литий был очень реактивным. Количество примесей, которые необходимо было удалить, было чрезвычайно велико.
В свое время знаменитая лаборатория IBM в Альмадене пыталась исследовать литий-воздушные батареи. Они даже использовали какую-то технологию распределенных вычислений, располагая каждый атом кислорода точно в литиевом аноде…
Конечный результат был очевиден. Они с треском провалились.
Даже богатой и могущественной IBM пришлось отказаться от этого проекта по сжиганию денег.
Несмотря на то, что Институт вычислительных материалов добился определенного успеха в своих исследованиях, если они не смогут избавиться от примесей в газе, их исследования станут совершенно бесполезными.
Прежде чем обратиться за помощью к Лу Чжоу, Ян Сюй и его проектная группа по созданию литий-воздушных аккумуляторов застряли на этом узком месте на полгода. Они не смогли добиться какого-либо прогресса.
Ян Сюй знал, что если он не сможет решить эту проблему сам, то никто другой в Институте перспективных исследований не сможет этого сделать, кроме отца науки о вычислительных материалах — профессора Лу.
Однако, хотя Лу Чжоу был уверен в своих силах, он не смог найти решение.
Он долго думал и сказал: «Я посмотрю. Если я что-нибудь найду, я вам скажу».
Видя, что даже Лу Чжоу не может придумать решение, Ян Сюй постепенно потерял надежду.
"… Спасибо."
Хуже того, ему придется отказаться от этого технического маршрута и начать исследовать другие направления.
Лу Чжоу не понимал, насколько безнадежен Ян Сюй, поэтому он неловко улыбнулся и заговорил.
«Пожалуйста…»
Этот исследовательский проект может стоить миллиарды или даже триллионы!
Меня не интересуют деньги, но этот исследовательский проект ценен. Стоит попробовать…