Lithium er en nøglekomponent i elektriske køretøjsbatterier, men traditionelle lithiumekstraktionsmetoder står over for mange udfordringer, såsom højt forbrug og lavt energiforbrug, og det er også svært at adskille lithium fra andre grundstoffer (såsom natrium, kalium, magnesium og calcium).
Forskerholdet af Lisa Biswal og Haotian Wang ved Rice University i Storbritannien har udviklet en ny elektrokemisk reaktor, der effektivt kan udvinde lithium fra naturlige saltvandsopløsninger (såsom saltlake).
Forskerholdet sagde, at denne metode ikke kun opnår 97,5% høj renhed lithium-ekstraktion, men også i høj grad reducerer de miljømæssige risici, som traditionelle ekstraktionsmetoder medfører. Det relevante papir er blevet offentliggjort i det seneste nummer af Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (DOI:10.1073/pnas.2410033121).
Ifølge rapporter har Rice-ingeniørteamet løst mange udfordringer inden for lithiumekstraktion gennem en ny trekammer elektrokemisk reaktor og med succes forbedret selektiviteten og effektiviteten af lithiumekstraktion fra saltlage.
I modsætning til konventionelle metoder har denne nye kemiske reaktor et mellemkammer, der indeholder en porøs fast elektrolyt, der omgår uønskede ionreaktioner og minimerer produktionen af skadelige biprodukter såsom klor.
Den mest kritiske komponent er en speciel lithium-ion ledende glaskeramik (LICGC) membran på den ene side af elektrolysatoren. Denne membran tillader selektivt lithiumioner at passere igennem, mens den blokerer andre ioner, hvilket væsentligt reducerer interferens fra andre ioner såsom kalium, magnesium og calcium.
Fra venstre mod højre Yuge Feng, Lisa Biswal og Yoon Park, kilde: Rice University
"Vores metode opnår ikke kun højrent lithiumekstraktion, men svækker også de miljømæssige risici ved traditionelle lithiumekstraktionsmetoder. Reaktoren, vi skabte, kan minimere dannelsen af biprodukter og forbedre lithiumselektiviteten," siger førsteforfatter Yuge Feng, en kandidatstuderende i Biswals laboratorium.
Selvfølgelig opnåede de meget ønskværdige resultater, herunder 97,5% lithiumrenhed. Dette betyder, at enheden effektivt kan adskille lithium og andre ioner fra saltlage, hvilket er meget vigtigt for at producere højkvalitets lithiumhydroxidmaterialer til elbilbatterier.
Derudover reducerer dette nye reaktordesign også betydeligt dannelsen af klorgas, hvilket gør processen sikrere og mere miljøvenlig.
Derudover observerede holdet, at i modsætning til kalium, magnesium eller calcium har natriumioner en tendens til at akkumulere på overfladen af LICGC-membranen. Dette vil i sidste ende hindre transporten af lithium og føre til øgede tab, hvilket kan påvirke effektiviteten af lithiumekstraktion, men forskerne har identificeret strategier til at afbøde dette problem, såsom at reducere det nuværende niveau, og de foreslår at tilføje belægninger eller strømimpulser på overfladen for yderligere at optimere reaktoren.
"Vores felt har længe stået over for problemer med lav lithiumudvindingseffektivitet og miljøforurening," sagde Haotian Wang, lektor i kemisk og biomolekylær ingeniørvidenskab. "Denne reaktor demonstrerer potentialet ved at kombinere grundlæggende videnskab med teknisk innovation for at løse problemer i den virkelige verden."
