Litium är en nyckelkomponent i elbilsbatterier, men traditionella litiumextraktionsmetoder står inför många utmaningar, såsom hög förbrukning och låg energi, och det är också svårt att separera litium från andra grundämnen (som natrium, kalium, magnesium och kalcium).
Forskargruppen av Lisa Biswal och Haotian Wang vid Rice University i Storbritannien har utvecklat en ny elektrokemisk reaktor som effektivt kan extrahera litium från naturliga saltvattenlösningar (som saltlake).
Forskargruppen sa att den här metoden inte bara uppnår 97,5% högren litiumextraktion, utan också minskar miljöriskerna med traditionella extraktionsmetoder. Den relevanta artikeln har publicerats i det senaste numret av Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (DOI:10.1073/pnas.2410033121).
Enligt rapporter har Rice ingenjörsteam löst många utmaningar inom litiumextraktion genom en ny elektrokemisk trekammarreaktor och framgångsrikt förbättrat selektiviteten och effektiviteten av litiumextraktion från saltlake.
Till skillnad från konventionella metoder har denna nya kemiska reaktor en mellankammare som innehåller en porös fast elektrolyt som kringgår oönskade jonreaktioner och minimerar produktionen av skadliga biprodukter som klor.
Den mest kritiska komponenten är ett speciellt litiumjonkonduktivt glaskeramiskt (LICGC) membran på ena sidan av elektrolysatorn. Detta membran tillåter selektivt litiumjoner att passera samtidigt som det blockerar andra joner, vilket avsevärt minskar interferens från andra joner som kalium, magnesium och kalcium.
Från vänster till höger Yuge Feng, Lisa Biswal och Yoon Park, källa: Rice University
"Vår metod uppnår inte bara litiumextraktion med hög renhet, utan försvagar också miljöriskerna med traditionella litiumextraktionsmetoder. Reaktorn vi skapade kan minimera bildandet av biprodukter och förbättra litiumselektiviteten", säger första författaren Yuge Feng, doktorand i Biswals laboratorium.
Naturligtvis uppnådde de mycket önskvärda resultat, inklusive 97,5 % litiumrenhet. Detta innebär att enheten effektivt kan separera litium och andra joner från saltlösning, vilket är mycket viktigt för att producera högkvalitativa litiumhydroxidmaterial för elfordonsbatterier.
Dessutom minskar denna nya reaktordesign avsevärt genereringen av klorgas, vilket gör processen säkrare och mer miljövänlig.
Dessutom observerade teamet att, till skillnad från kalium, magnesium eller kalcium, tenderar natriumjoner att ackumuleras på ytan av LICGC-membranet. Detta kommer så småningom att hindra transporten av litium och leda till ökade förluster, vilket kan påverka effektiviteten av litiumextraktion, men forskarna har identifierat strategier för att mildra detta problem, såsom att minska strömnivån, och de föreslår att man lägger till beläggningar eller strömpulser på ytan för att ytterligare optimera reaktorn.
"Vårt område har länge stått inför problem med låg litiumextraktionseffektivitet och miljöföroreningar", säger Haotian Wang, docent i kemi och biomolekylär teknik. "Denna reaktor visar potentialen i att kombinera grundläggande vetenskap med teknisk innovation för att lösa verkliga problem."