Litijs ir elektrisko transportlīdzekļu akumulatoru galvenā sastāvdaļa, taču tradicionālās litija ekstrakcijas metodes saskaras ar daudzām problēmām, piemēram, lielu patēriņu un zemu enerģijas patēriņu, kā arī ir grūti atdalīt litiju no citiem elementiem (piemēram, nātrija, kālija, magnija un kalcija).
Lizas Bisvalas un Haotianas Vangas pētnieku grupa Rīsa universitātē Apvienotajā Karalistē ir izstrādājusi jaunu elektroķīmisko reaktoru, kas var efektīvi ekstrahēt litiju no dabīgiem sālsūdens šķīdumiem (piemēram, sāls ezera sālījuma).
Pētnieku grupa teica, ka šī metode ne tikai nodrošina 97,5% augstas tīrības pakāpes litija ekstrakciju, bet arī ievērojami samazina tradicionālo ekstrakcijas metožu radītos riskus videi. Attiecīgais raksts ir publicēts Amerikas Savienoto Valstu Nacionālās Zinātņu akadēmijas Proceedings jaunākajā numurā (DOI:10.1073/pnas.2410033121).
Saskaņā ar ziņojumiem, Rice inženieru komanda ir atrisinājusi daudzas problēmas litija ekstrakcijā, izmantojot jaunu trīs kameru elektroķīmisko reaktoru, un veiksmīgi uzlabojusi litija ekstrakcijas no sālījuma selektivitāti un efektivitāti.
Atšķirībā no parastajām metodēm šim jaunajam ķīmiskajam reaktoram ir starpkamera, kurā ir porains ciets elektrolīts, kas apiet nevēlamas jonu reakcijas un samazina kaitīgo blakusproduktu, piemēram, hlora, veidošanos.
Vissvarīgākā sastāvdaļa ir īpaša litija jonu vadoša stikla keramikas (LICGC) membrāna vienā elektrolizatora pusē. Šī membrāna selektīvi ļauj litija joniem iziet cauri, vienlaikus bloķējot citus jonus, ievērojami samazinot citu jonu, piemēram, kālija, magnija un kalcija, radītos traucējumus.
No kreisās uz labo pusi Yuge Feng, Lisa Biswal un Yoon Park, avots: Rice University
"Mūsu metode ne tikai nodrošina augstas tīrības pakāpes litija ekstrakciju, bet arī vājina tradicionālo litija ekstrakcijas metožu radītos riskus videi. Mūsu izveidotais reaktors var samazināt blakusproduktu veidošanos un uzlabot litija selektivitāti," sacīja pirmais autors Juge Fengs, maģistrantūras students Bisvala laboratorija.
Protams, tie sasniedza ļoti vēlamos rezultātus, tostarp 97,5% litija tīrību. Tas nozīmē, ka ierīce var efektīvi atdalīt litiju un citus jonus no sālījuma, kas ir ļoti svarīgi, lai ražotu augstas kvalitātes litija hidroksīda materiālus elektrisko transportlīdzekļu jaudas akumulatoriem.
Turklāt šī jaunā reaktora konstrukcija arī ievērojami samazina hlora gāzes veidošanos, padarot procesu drošāku un videi draudzīgāku.
Turklāt komanda novēroja, ka atšķirībā no kālija, magnija vai kalcija nātrija joniem ir tendence uzkrāties uz LICGC membrānas virsmas. Tas galu galā kavēs litija transportēšanu un palielinās zudumus, kas var ietekmēt litija ekstrakcijas efektivitāti, taču pētnieki ir noteikuši stratēģijas, lai mazinātu šo problēmu, piemēram, samazinātu pašreizējo līmeni, un viņi iesaka pievienot pārklājumus vai strāvas impulsus. virsmu, lai vēl vairāk optimizētu reaktoru.
"Mūsu lauks jau sen ir saskāries ar problēmām ar zemu litija ekstrakcijas efektivitāti un vides piesārņojumu," sacīja Haotian Wang, ķīmijas un biomolekulārās inženierijas asociētais profesors. "Šis reaktors demonstrē potenciālu apvienot fundamentālo zinātni ar inženiertehniskajām inovācijām, lai atrisinātu reālās pasaules problēmas."