Depuis plusieurs années, Le chercheur de l'Université de l'Illinois, Kyle Smith, a prouvé son expertise croissante dans le domaine du dessalement de l'eau, avec une gamme de résultats de recherche qui pourraient répondre au besoin immédiat de lutter contre la diminution des sources d'eau potable dans le monde.

Maintenant, avec une nouvelle publication et un nouveau projet de recherche financé par la National Science Foundation, il continue de s'appuyer sur son travail très apprécié pour développer de nouvelles méthodes de désionisation de l'eau salée.

Le papier, "Effet des additifs conducteurs sur les propriétés de transport des électrodes poreuses à flux traversant avec des particules isolantes et leur optimisation pour la déionisation faradique, " publié cette semaine dans Recherche sur l'eau , a démontré des résultats prometteurs pour le dessalement écoénergétique des ressources en eau alternatives. Le plus récent travail de Smith, dirigé par son doctorant Erik Reale, implique des dispositifs de déionisation qui peuvent stocker et libérer de manière réversible des cations à l'aide de matériaux d'intercalation, une classe de matériaux couramment utilisés pour les batteries rechargeables. Ce travail aborde en particulier le défi du cyclage des matériaux d'intercalation avec des vitesses d'électrons rapides, ion, et le transport des fluides, caractéristiques difficiles à réaliser simultanément dans un seul système.

Son équipe a fabriqué des électrodes optimisées contenant des particules analogues de bleu de Prusse isolantes, et les a utilisés dans une cellule expérimentale de dessalement par intercalation de cations (CID) avec des électrodes symétriques. Ils ont été témoins des résultats d'une augmentation de près de 10 fois du taux d'élimination du sel à des niveaux de consommation d'énergie similaires à ceux des précédentes démonstrations CID.

« Des taux d'élimination du sel élevés sont nécessaires dans les dispositifs de traitement électrochimique de l'eau, car des unités plus petites peuvent être construites pour obtenir la même production totale d'eau traitée si le sel peut être éliminé plus rapidement. En suivant cette ligne de pensée, le coût en capital pour construire un système sera inférieur pour un niveau de productivité de l'eau fixe, " dit Smith.

Dans son nouveau projet de recherche de trois ans financé par la NSF, « Permettre un dessalement à décharge de saumure minimale à l'aide de réactions d'intercalation, " Smith utilisera des matériaux de batterie pour surmonter la limitation du volume de saumure résiduelle produite lors du dessalement de l'eau par osmose inverse (OI). L'élimination de la saumure pose des problèmes majeurs de durabilité environnementale, y compris l'augmentation des tremblements de terre lorsqu'ils sont injectés dans la terre et le danger pour les écosystèmes aquatiques lorsqu'ils sont éliminés dans des plans d'eau. Alors que la génération de saumure RO est dictée par la force motrice de pression utilisée (et impose donc des limitations mécaniques), Smith prévoit d'utiliser des champs électriques pour concentrer les ions de sel, lequel, il propose, pourrait concentrer les sels à des niveaux proches de la saturation en solution.

L'Université de l'Illinois a signalé précédemment, en 2016, que Smith avait découvert que la technologie qui charge les batteries des appareils électroniques pouvait fournir de l'eau douce à partir des mers salées. Il a développé un nouvel appareil - une batterie remplie d'eau salée avec de l'électricité qui la traverse - qui désionise l'eau en utilisant le moins d'énergie possible à l'époque. Cet ouvrage s'est mérité une place sur la liste des 10 articles les plus lus de la Journal de la société électrochimique en 2016.

Juste un an plus tard, en 2017, Smith et son équipe ont poussé le dessalement d'eau salée un peu plus loin, se concentrer sur de nouveaux matériaux pour améliorer la viabilité économique et l'efficacité énergétique du procédé en collaboration avec Wetsus, le Centre européen d'excellence pour les technologies de l'eau. Ils ont créé un appareil semblable à une batterie qui utilise des électrodes fabriquées à partir d'un matériau capable d'éliminer non seulement les ions sodium mais aussi le potassium, calcium, magnésium, et d'autres - une amélioration technologique importante car l'eau salée et les eaux saumâtres contiennent souvent un mélange d'autres sels comme le potassium, calcium, et le chlorure de manganèse. Ce travail a été publié dans la revue Electrochimica Acta .

Le présent travail expérimental fait également suite aux travaux publiés par Smith et ses étudiants utilisant la modélisation informatique du transport électrochimique pour guider la conception de cellules de dessalement à base de batteries. Leur groupe a également récemment utilisé la modélisation de la mécanique quantique, combiné avec des expériences et des analyses thermodynamiques, comprendre comment les matériaux des batteries utilisés dans leurs cellules de dessalement absorbent le sodium, ainsi que le magnésium et le calcium, à l'échelle atomique.

Plus récemment, Smith a remporté le prix ISE-Elsevier 2018 d'électrochimie appliquée, une reconnaissance entièrement basée sur sa modélisation mathématique des dispositifs de dessalement à batterie, batteries lithium-ion, et les batteries à débit.