Magiske krystaller for at muliggøre fremtiden for elbiler

CSIRO og Monash University's Matthew Hill vil modtage Solomon Award i aften for at udvikle "magiske krystaller" med snesevis af applikationer fra rensning af gasser og væsker til minedrift og medicinproduktion.

Billigere renere lithiumminedrift til fremtidige biler og batterier er den nyeste applikation. Det udvikles sammen med det amerikanske selskab Energy Exploration Technologies (EnergyX).

Verden bevæger sig hurtigt til elbiler og batterilagring af vedvarende energi. Det vil kræve 10 til 100 gange mere lithium, end vi kan producere i dag.

Matthew Hill har taget en Melbourne opfindelse, metalorganiske rammer (MOF'er) – nogle gange kaldet "magiske krystaller" – og vist, at de kan bruges til at rense luft og vand, og i alle mulige industrielle processer. Nu har hans team hos CSIRO (Australiens nationale videnskabsagentur) og Monash University indgået et samarbejde med det amerikanske selskab EnergyX for at kommercialisere en ny produktionsproces, der bruger MOF'er til at skabe lithium.

I aften, Matthew vil modtage den første David og Valerie Solomon Award, præsenteret af Australian Academy of Technology and Engineering (ATSE). David Solomon var hovedopfinderen af ​​Australiens plastiksedler, og har udviklet en række nye teknologier, der anvendes bredt i plast- og polymerindustrien.

Det meste af verdens lithium produceres af "lithium-saltlage" i en arbejdskrævende proces, der kræver store fordampningsdamme. Et anlæg i Chile, for eksempel, fylder 42 kvadratkilometer. Matthews teknologi har potentialet til at erstatte 4, 000 hektar pools med en filtreringsenhed på kun 0,1 kvadratkilometer.

Hans "magiske krystaller" er netværk af metalatomer forbundet og adskilt af kulstofbaserede (organiske) forbindelser. Dette resulterer i et massivt overfladeareal, som kan tilpasses til at absorbere næsten alt. De blev først lavet i slutningen af ​​1980'erne af kemiker professor Richard Robson ved University of Melbourne, men var svære at lave.

Matthews første forsøg på at lave en MOF involverede at blande indholdet af 40 beholdere for at lave kun et gram krystaller. I dag kan han og hans team lave hundredvis af kilo af dem hver uge.

I 2040 anslås det, at der vil være 56 millioner årlige salg af elektriske køretøjer (EV) og over 1095 gigawatt batterienergilagringssystemer i verden, en eksponentiel stigning i forhold til de to millioner årlige og ni gigawatt registreret i 2018.

Elektriske køretøjer er afhængige af den samme lithium-ion-batteriteknologi, som findes i telefoner og bærbare computere.

EnergyX grundlægger og CEO Teague Egan mener, at elementet vil være den vigtigste og mest værdifulde økonomiske vare i det 21. århundrede.

"Verden har aldrig haft brug for disse mængder lithium før, Derfor kan nuværende produktionsmetoder ikke skaleres til den nødvendige størrelse, " han siger.

"Matthews disruptive teknologi tillader et transformativt skift i den måde, vi nu kan genvinde denne essentielle ressource på. Det vil i høj grad forbedre økonomien og miljøpåvirkningen af ​​lithiumminedrift."

Matthew er en passende vinder af den første Solomon Award, siger ATSE-præsident Hugh Bradlow.

"Han har taget et interessant indfald af kemi og forvandlet det til en patenteret teknologi, der vil understøtte nye industrier, " han siger.

"Lithiumminedrift er blot den seneste i en lang række af applikationer. Matthew og hans team arbejder også med industrien for at bruge disse krystaller til at rense naturgas, ren luft i ubåde, rense lægemidler og meget mere."

Matthew bemærker, at dette kun er toppen af ​​isbjerget. "Ikke kun kan vores MOF-membraner adskille lithium-ioner fra vand, så de kan bruges til at fremstille batterier, vi har også vist, at vi kan placere disse membraner i lithium-batterier og forbedre deres levetid og kapacitet. Og vi arbejder med en lokal virksomhed, Boron Molecular for at opskalere fremstillingen af ​​vores krystaller."

Matthews præmie inkluderer $20, 000,- i kontanter og rejsestøtte plus mentorordning.