Pesquisadores da Universidade da Califórnia em Irvine, da Universidade de Tel Aviv, em Israel, e outras instituições desenvolveram uma nova bomba iônica através da qual moléculas carregadas podem passar pela sua membrana usando sinais de baixa voltagem que alternam rapidamente. Esta "bomba iônica baseada em efeito catraca" não possui partes móveis e não requer reações químicas.
A bomba iônica oferece um novo caminho para dessalinização de água do mar, extração de íons de lítio da água do mar, remoção de metais pesados de água potável, reciclagem de baterias e aplicações biomédicas. A pesquisa foi publicada na revista Nature Materials.
Controlar o movimento de moléculas carregadas em líquidos é fundamental para a purificação industrial de água e para o funcionamento das células biológicas. As bombas iônicas tradicionais projetadas dependem de processos eletroquímicos de alto consumo de energia, sendo limitadas em eficiência e de custo elevado. A equipe das universidades da Califórnia em Irvine e de Tel Aviv demonstrou uma abordagem diferente. Sua bomba iônica baseada em efeito catraca aproveita as propriedades da interface entre um metal e um eletrólito líquido para impulsionar uma corrente iônica. Ao depositar camadas ultrafinas de metal em ambos os lados de uma pastilha isolante nanoporosa e modular rapidamente a voltagem, o dispositivo gera um fluxo iônico direcionado e contínuo.
"Dispositivos de catraca são sistemas fora do equilíbrio que usam um sinal de entrada controlado no tempo e uma assimetria espacial para gerar um fluxo constante de partículas", disse Shane Ardo, coautor principal e professor de química da Universidade da Califórnia em Irvine. "A combinação da assimetria estrutural com as propriedades únicas em nanoescala da interface metal-eletrólito fornece os elementos necessários para fazer o efeito catraca funcionar."
Os pesquisadores demonstraram que esse fluxo iônico pode persistir mesmo contra forças opostas. Eles construíram um sistema de desionização eletricamente acionado, sem partes móveis ou reações eletroquímicas, que alcançou uma remoção de 50% do sal usando baixa voltagem.
A equipe enfatiza que o objetivo de longo prazo é a separação iônica supersseletiva, classificando íons com a mesma carga com base nas diferenças em suas respostas a campos elétricos. "A separação seletiva pode ser usada em várias aplicações, como purificação de água potável mais eficiente, extração de íons de lítio da água do mar, dispositivos biomédicos e recuperação de materiais de baterias", disse Gideon Segev, coautor principal e professor associado de engenharia elétrica da Universidade de Tel Aviv.
"A capacidade de remover íons traço de líquidos pode ser significativa para lidar com água contaminada por metais pesados", acrescentou ele. "Por exemplo, mesmo alguns íons de chumbo por bilhão na água podem afetar sua qualidade. Uma tecnologia capaz de remover esses íons sem extrair os minerais necessários poderia ajudar a melhorar o acesso global a água segura."
Detalhes da publicação: Autor: Brian Bell, Universidade da Califórnia, Irvine; Título: First-of-its-kind ion pump developed for seawater desalination, energy and biomedical applications; Publicado em: Nature Materials (2026).
