Lit jest kluczowym składnikiem akumulatorów pojazdów elektrycznych, jednak tradycyjne metody ekstrakcji litu wiążą się z wieloma wyzwaniami, takimi jak duże zużycie i niska energia, a także trudno jest oddzielić lit od innych pierwiastków (takich jak sód, potas, magnez i wapń).
Zespół badawczy Lisy Biswal i Haotiana Wanga z Rice University w Wielkiej Brytanii opracował nowy reaktor elektrochemiczny, który może wydajnie ekstrahować lit z naturalnych roztworów słonej wody (takich jak solanka ze słonego jeziora).
Zespół badawczy stwierdził, że metoda ta nie tylko umożliwia ekstrakcję litu o wysokiej czystości na poziomie 97,5%, ale także znacznie zmniejsza ryzyko dla środowiska powodowane przez tradycyjne metody ekstrakcji. Artykuł na ten temat został opublikowany w najnowszym numerze Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (DOI:10.1073/pnas.2410033121).
Według doniesień zespół inżynierów Rice rozwiązał wiele wyzwań związanych z ekstrakcją litu za pomocą nowatorskiego trójkomorowego reaktora elektrochemicznego i skutecznie poprawił selektywność i wydajność ekstrakcji litu z solanki.
W przeciwieństwie do metod konwencjonalnych, ten nowy reaktor chemiczny ma komorę pośrednią zawierającą porowaty stały elektrolit, który pozwala uniknąć niepożądanych reakcji jonowych i minimalizować wytwarzanie szkodliwych produktów ubocznych, takich jak chlor.
Najbardziej krytycznym elementem jest specjalna membrana z litowo-jonowej, przewodzącej ceramiki szklanej (LICGC), znajdująca się po jednej stronie elektrolizera. Membrana ta selektywnie przepuszcza jony litu, blokując jednocześnie inne jony, znacznie zmniejszając zakłócenia powodowane przez inne jony, takie jak potas, magnez i wapń.
Od lewej do prawej Yuge Feng, Lisa Biswal i Yoon Park, źródło: Uniwersytet Rice
„Nasza metoda nie tylko umożliwia ekstrakcję litu o wysokiej czystości, ale także osłabia ryzyko dla środowiska związane z tradycyjnymi metodami ekstrakcji litu. Stworzony przez nas reaktor może zminimalizować powstawanie produktów ubocznych i poprawić selektywność litu” – powiedział pierwszy autor Yuge Feng, absolwent Laboratorium Biswala.
Oczywiście osiągnęli bardzo pożądane wyniki, m.in. czystość litu na poziomie 97,5%. Oznacza to, że urządzenie może skutecznie oddzielać lit i inne jony od solanki, co jest bardzo ważne przy produkcji wysokiej jakości materiałów wodorotlenkowych litu do akumulatorów pojazdów elektrycznych.
Ponadto nowa konstrukcja reaktora znacznie ogranicza wytwarzanie gazowego chloru, dzięki czemu proces jest bezpieczniejszy i bardziej przyjazny dla środowiska.
Ponadto zespół zaobserwował, że w przeciwieństwie do potasu, magnezu czy wapnia, jony sodu mają tendencję do gromadzenia się na powierzchni membrany LICGC. Ostatecznie utrudni to transport litu i doprowadzi do zwiększonych strat, co może mieć wpływ na efektywność ekstrakcji litu, jednak badacze zidentyfikowali strategie łagodzenia tego problemu, takie jak zmniejszenie poziomu prądu, i sugerują dodanie powłok lub impulsów prądowych na powierzchni w celu dalszej optymalizacji reaktora.
„Nasza dziedzina od dawna boryka się z problemami związanymi z niską wydajnością ekstrakcji litu i zanieczyszczeniem środowiska” – powiedział Haotian Wang, profesor nadzwyczajny inżynierii chemicznej i biomolekularnej. „Ten reaktor pokazuje potencjał łączenia nauki podstawowej z innowacjami inżynieryjnymi w celu rozwiązywania rzeczywistych problemów”.