Передовая Технологическая Система Ученого

Глава 959. Пористая мембрана для молекулярного обмена

В этот раз Чэнь Юйшань ошибалась.

Вернувшись в Цзиньлин, Лу Чжоу и правда планировал закрыться и не выходить из дома, пока не решит гипотезу Римана, однако на нем лежало слишком много ответственности.

В этот раз Ян Сюй, директор Института вычислительного материаловедения, обратился к нему за помощью.

Речь касалась проекта литий-воздушной батареи, который был создан пару лет назад.

Лу Чжоу весьма удивился. Вплоть до конца прошлого года отчеты из института говорили, что они добились значительного прогресса в исследованиях литий-воздушных аккумуляторов.

Но в этом году все вдруг стало плохо.

Ван Пэн отвез Лу Чжоу в Институт перспективных исследований. И, когда Лу Чжоу вошел в лабораторию, Ян Сюй тут же схватил его за руку и попросил помощи.

— Пожалуйста, помогите мне! Я больше не могу!

— Успокойся. Я пришел, чтобы выслушать тебя. И не делай вид будто это твои предсмертные слова. Я посмотрю смогу ли чем помочь.

Состояние Ян Сюя потрясло Лу Чжоу.

Став директором Института вычислительного материаловедения, он руководил многими успешными проектами и решил множество исследовательских проблем в области материаловедения.

Работая в передовых исследовательских областях, неудивительно, что он сталкивался с множеством неразрешимых проблем, но что-то смогло замучить его настолько…

Честно говоря, Лу Чжоу стало любопытно, что могло его так нагрузить.

— Помните ту пористую кремниевую мембрану для молекулярного обмена, о которой я писал некоторое время назад в отчете о ходе исследований?

Лу Чжоу вспомнил отчет и кивнул.

— Да.

Сделав глубокий вздох, Ян Сюй продолжил:

— Основываясь на нашем анализе, мы обнаружили, что при определенной разнице давления газ в этом материале может медленно переносить молекулы определенного диаметра от высокого давления на сторону низкого давления. Наша проектная группа немедленно продолжила это исследование и успешно создала обменную мембрану, способную экранировать молекулы газа в диапазоне диаметров 3,4-3,5 ангстрем.

— Разве это не хорошо?

Диаметр молекулы кислорода составлял 3,46 ангстрем, что как раз в этом диапазоне. Хотя аргон также имел диаметр 3,4 ангстрем, что также в пределах этого диапазона, аргон редко встречался в природе, поэтому он не оказал существенного влияния.

— Это совсем нехорошо. —  Ян Сюй нахмурился и покачал головой, после чего пояснил. — Верхняя и нижняя границы не фиксированы. Они меняются в зависимости от давления… Вы понимаете к чему я?

Услышав это, Лу Чжоу наконец понял проблему.

— Понятно, теперь я понял проблему.

По сути, эта пористая мембрана для молекулярного обмена похожа на эластичную рыболовную сеть. Когда рыболовная сеть становилась больше, расширялись и отверстия в сети…

Поэтому единственным решением было поддерживать постоянное давление воздуха с обеих сторон, чтобы гарантировать, что только молекулы кислорода смогут проходить через мембрану…

А такое, очевидно, невозможно.

Ян Сюй пояснил, что диапазон линейно изменялся в зависимости от разницы давлений между двумя сторонами.

Не говоря уже о технологической стоимости поддержания давления воздуха на точном уровне с точки зрения безопасности опасно допускать окислительно-восстановительную реакцию при нестабильном содержании кислорода.

Металлический литий не шутка, он взорвется при любой помехе.

При малейшей примеси получится не батарея, а бомба.

— Мы пытаемся уже решить проблему полгода. — Ян Сюй покачал головой. — Мы перепробовали все, что могли.

Лу Чжоу подумал и спросил:

— Вы делали симуляции на моделях? Дай мне взглянуть.

— За мной.

Ян Сюй подошел к компьютеру и щелкнул мышью. Вскоре после этого на экране перед Лу Чжоу появилось трехмерная модель мембраны с пористой сетчатой структурой.

Ян Сюй показывая на модель начал рассказывать:

— Мы попытались увеличить поверхностное давление на одной стороне мембраны, что заставит молекулы определенного диаметра проходить через мембрану с постоянной скоростью…

Ян Сюй снова щелкнул мышью.

По бокам мембраны появились зеленые и красные точки, и они начали собираться у поверхности мембраны.

— Когда поверхностное давление мембраны достигает уровня А, молекулы кислорода начинают перемещаться через нее в газообменную камеру литий-воздушной батареи. Но если поверхностное давление продолжает увеличиваться по мере увеличения разницы давлений и достигает уровня Б, азот также начинает проходить через мембрану… Однако, на самом деле, пока разница давлений изменяется от A до Б, значительное количество молекул азота уже медленно проникают через мембрану.

Красные точки на экране, которые обозначали молекулы азота, прошли через мембрану, вступив в контакт с литиевым анодом.

Глядя на эту демонстрацию в программе, лицо Лу Чжоу серьёзнее.

После демонстрации Ян Сюй вздохнул и сел в кресло.

— Мы нашли решения для молекул воды, углекислого газа и даже молекул монооксида углерода и диоксида серы. Но с азотом… Мы не знаем, как справиться. Это как рой мух, которую невозможно прогнать.

Хотя азот можно использовать в качестве защитного газа в большинстве ситуаций, например, в пищевой промышленности, он не подходит для литий-воздушных аккумуляторов, поскольку азот вступает в реакцию с литием.

Если азот проникнет в систему циркуляции литий-воздушного аккумулятора, то за несколько циклов он станет бесполезным.

Основная причина сложности разработки литий-воздушной батареи заключается в литии, который очень реактивный элемент. Нужно устранить слишком много примесей.

В свое время лаборатория IBM разрабатывала литий-воздушные аккумуляторы. Они даже использовали какую-то технологию распределенных вычислений, точно помещая каждый атом кислорода в литиевый анод…

Очевидно, в итоге они с треском провалились.

Даже IBM пришлось свернуть такой затратный проект.

Хотя Институт вычислительного материаловедения добился некоторых успехов 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 команда пыталась решить проблему полгода, но они не смогли добиться никакого прогресса.

Ян Сюй знал, что если он сам не сможет решить эту проблему, то никто другой в Институте перспективных исследований не сможет. Единственная надежда была на Лу Чжоу, основателя вычислительного материаловедения.

Но, хотя Лу Чжоу был уверен в своих силах, он не мог придумать решения.

После долгих раздумий он сказал:

— Я вернусь и подумаю над этим. Если я что-нибудь найду, я сообщу.

Видя, что даже Лу Чжоу не в состоянии придумать решение, Ян Сюй вздохнул без всякой надежды.

— Спасибо.

В самом худшем варианте ему придется отказаться от этой идеи реализации аккумулятора и искать другой.

Лу Чжоу не понимал глубокого отчаяния Ян Сюй, поэтому он смущенно улыбнулся и сказал.

— Не за что…

Этот исследовательский проект может принести миллиарды или даже триллионы долларов!

Даже если меня не интересуют деньги, то его ценность заставляет попробовать…