Бумът на продажбите на електрически автомобили предизвикват нарастващо търсене на литий. Но лекият метал, който е от съществено значение за производството на акумулаторни батерии, не е в изобилие. Сега изследователи съобщават за голяма стъпка към извличане на почти неограничен ресурс от литий - направо от морската вода.
„Това представлява значителен напредък в тази област“, коментира Джен Уук Цуй (Jang Wook Choi), инженер-химик в Националния университет в Сеул, който не е участвал в работата. Той добавя, че подходът може да се окаже полезен и за възстановяване на лития от използвани батерии.
Литият е ценен за акумулаторните батерии, защото съхранява повече енергия за единица тегло от другите материали на батерията. Производителите използват повече от 160 000 тона материал всяка година, като се очаква броят им да нарасне близо 10 пъти през следващото десетилетие. Но доставките на литий са ограничени и концентрирани в няколко държави, където металът се добива или се извлича от сoлeна вода.
Недостигът на литий поражда опасения, че бъдещият недостиг може да доведе до рязко увеличаване на цените на батериите и да затрудни нарастването на броя на електромобилите и други литиево-зависими технологии като Tesla Powerwall, стационарни батерии, често използвани за съхраняване на слънчева енергия.
Тук морската вода може да помогне. Световните океани съдържат приблизително 180 милиарда тона литий. Но е разреден, присъства в около 0,2 части на милион. Изследователите вече са създали множество филтри и мембрани в опит да извлекат литий от морска вода. Но тези усилия разчитат на изпаряване на голяма част от водата за концентриране на лития, което изисква голяма площ и време. Досега подобни методи не са икономични.
Цуй и други изследователи предлагат да се използват литиево-йонни акумулаторни електроди, за да изтеглят литий директно от морската вода, без да е необходимо първо да се изпарява водата. Тези електроди се състоят от слоести материали, подобни на сандвич, предназначени да улавят и задържат литиевите йони като заряд на батерията. В морската вода отрицателното електрическо напрежение, приложено към литиево-улавящ електрод, ще привлече литиевите йони в електрода. Но също ще придърпа и натрий, химически подобен елемент, който е около 100 000 пъти повече в морската вода от лития. Ако двата елемента се събират в електрода с една и съща скорост, натрият почти напълно ще изтласква лития.
Импулсните електрохимични методи са разработени, за да реализират извличането на литий от солена и морска вода чрез интеркалация. 1:1 Li към Na се възстановяват от морска вода със селективност на Li ∼ 1,8 × 104. Стабилността на структурата на електрода по време на интеркалирането е демонстрирана след десет стабилни екстракционни цикъла. Кредит: Liu et al., Lithium Extraction from Seawater through Pulsed Electrochemical Intercalation, Joule (2020), https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.05.017
За да преодолеят този проблем, изследователите, ръководени от И Цуей (Yi Cui) по Университета в Станфорд, търсят начини да направят материалите на електрода по-избирателни. Първо, те покриват електрода с тънък слой титанов диоксид като бариера. Тъй като литиевите йони са по-малки от натриевите, за тях е по-лесно да преминават през тази преграда на електрода.
Изследователите променят и начина, по който се контролира електрическото напрежение. Вместо да прилагат постоянно отрицателно напрежение към електрода, както правят другите, те го променят циклично. Първо прилагат отрицателно напрежение, след което за кратко го изключват. След това прилагат положително напрежение, изключват го отново и повтарят цикъла.
Промяната на напрежението, обяснява Цуей, кара литиевите и натриевите йони да се движат в електрода, да спрат и след това да започнат да се движат назад, когато токът се обърне. Но тъй като материалът на електрода има малко по-висок афинитет към литий от натрия, литиевите йони първи попадат в електродите и последни ги напускат. Така повтарянето на този цикъл концентрира лития в електрода. След 10 такива цикъла, отнели само няколко минути, Цуей и колегите му успяват да постигнат съотношение литий към натрий едно към едно.
„Това най-малкото удвоява селективността“ в сравнение с предишни опити да се използват акумулаторни електроди за събиране на литий, коментира Чун Лиу (Chong Liu), специалист по материали в университета в Чикаго, работил в лабораторията на Цуей.
Иновацията все още не е достатъчно евтина, за да се конкурира с добива на литий на сушата, отбелязва Лиу. Тя обаче казва, че нейната група се опитва да повиши селективността, като използва други видове литиево-йонни акумулаторни електроди.
Цуй добавя, че подходът може да се окаже полезен и за възстановяване на лития от изхвърлените батерии, като дава на метала втори живот - и потенциален стимул за възхода на електрическите автомобили.
Справка: Lithium Extraction from Seawater through Pulsed Electrochemical Intercalation, Chong Liu et al., Joule (2020), CellPress, https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.05.017
Източник:
Seawater could provide nearly unlimited amounts of critical battery material, Science magazine
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари