Lítium je kľúčovou zložkou batérií pre elektrické vozidlá, ale tradičné metódy extrakcie lítia čelia mnohým výzvam, ako je vysoká spotreba a nízka energia, a je tiež ťažké oddeliť lítium od iných prvkov (ako je sodík, draslík, horčík a vápnik).
Výskumný tím Lisy Biswal a Haotian Wang na Rice University vo Veľkej Británii vyvinul nový elektrochemický reaktor, ktorý dokáže efektívne extrahovať lítium z prírodných roztokov slanej vody (ako je soľanka zo slaného jazera).
Výskumný tím uviedol, že táto metóda nielenže dosahuje 97,5% extrakciu lítia vysokej čistoty, ale tiež výrazne znižuje environmentálne riziká, ktoré prinášajú tradičné metódy extrakcie. Príslušný článok bol publikovaný v najnovšom čísle Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (DOI:10.1073/pnas.2410033121).
Podľa správ tím inžinierov Rice vyriešil mnohé problémy pri extrakcii lítia prostredníctvom nového trojkomorového elektrochemického reaktora a úspešne zlepšil selektivitu a účinnosť extrakcie lítia zo soľanky.
Na rozdiel od konvenčných metód má tento nový chemický reaktor medzikomoru obsahujúcu porézny pevný elektrolyt, ktorý obchádza nežiaduce iónové reakcie a minimalizuje produkciu škodlivých vedľajších produktov, ako je chlór.
Najkritickejším komponentom je špeciálna lítium-iónová vodivá sklokeramická (LICGC) membrána na jednej strane elektrolyzéra. Táto membrána selektívne umožňuje lítiovým iónom prechádzať a zároveň blokuje iné ióny, čím sa výrazne znižuje interferencia s inými iónmi, ako je draslík, horčík a vápnik.
Zľava doprava Yuge Feng, Lisa Biswal a Yoon Park, zdroj: Rice University
"Naša metóda dosahuje nielen extrakciu lítia vysokej čistoty, ale tiež oslabuje environmentálne riziká tradičných metód extrakcie lítia. Reaktor, ktorý sme vytvorili, môže minimalizovať tvorbu vedľajších produktov a zlepšiť selektivitu lítia," povedal prvý autor Yuge Feng, postgraduálny študent v Biswalovo laboratórium.
Samozrejme, dosiahli veľmi žiaduce výsledky, vrátane 97,5% čistoty lítia. To znamená, že zariadenie dokáže efektívne oddeliť lítium a iné ióny zo soľanky, čo je veľmi dôležité pre výrobu vysoko kvalitných materiálov na báze hydroxidu lítneho pre napájacie batérie elektrických vozidiel.
Okrem toho tento nový dizajn reaktora tiež výrazne znižuje tvorbu plynného chlóru, vďaka čomu je proces bezpečnejší a šetrnejší k životnému prostrediu.
Okrem toho tím zistil, že na rozdiel od draslíka, horčíka alebo vápnika majú sodné ióny tendenciu hromadiť sa na povrchu membrány LICGC. To nakoniec bude brániť transportu lítia a viesť k zvýšeným stratám, ktoré môžu ovplyvniť účinnosť extrakcie lítia, ale výskumníci identifikovali stratégie na zmiernenie tohto problému, ako je zníženie úrovne prúdu, a navrhujú pridanie povlakov alebo prúdových impulzov na povrch na ďalšiu optimalizáciu reaktora.
"Náš odbor už dlho čelí problémom s nízkou účinnosťou extrakcie lítia a znečistením životného prostredia," povedal Haotian Wang, docent chemického a biomolekulárneho inžinierstva. "Tento reaktor demonštruje potenciál spojenia základnej vedy s inžinierskymi inováciami na riešenie skutočných problémov."