Velike vijesti prirode: Ekstrakcija litija iz slanih otopina niske kvalitete

Naslov: Ekstrakcija litija iz slanih otopina niske kvalitete
Časopis: Priroda
DOI: 10.1038/s41586-024-08117-1

Kao važan materijal u industriji baterija, litij igra ključnu ulogu u podršci električnih vozila i sustava za pohranu obnovljive energije zbog svoje vrhunske gustoće energije i stabilnosti.

Međutim, tradicionalne metode ekstrakcije litija oslanjaju se na čvrste kamene rude i izvore visokokvalitetne slane vode, što ne samo da troši puno energije i ima velike emisije ugljika, već također dovodi do iscrpljivanja podzemnih voda i ekološke štete.

S rastućom potražnjom za litijem i sve većim nedostatkom rezervi, razvoj učinkovite tehnologije za ekstrakciju litija iz niskokvalitetnih slanih otopina postao je ključ za rješavanje ovog problema.

Ovaj pregled sustavno sažima najnovije tehnologije za ekstrakciju litija iz slanih otopina niskog stupnja, uključujući taloženje, ekstrakciju otapalom, adsorpciju, membransko odvajanje i elektrokemijsko odvajanje, te predlaže buduće smjerove razvoja.

Ove tehnologije rješavaju izazove niske koncentracije litija i visokog omjera magnezija i litija, poboljšavaju učinkovitost oporabe litija optimiziranjem procesa odvajanja i smanjuju utjecaj na okoliš, pružajući inovativan put za održivi razvoj resursa litija.

Širina resursa

Resursi slane vode niskog stupnja rasprostranjenosti su široko rasprostranjeni, pokrivajući sedimentnu vodu, geotermalne tekućine, vodu proizvedenu u naftnim poljima i morsku vodu, pružajući potencijal za diversifikaciju opskrbe litijem.

Raznovrsne tehnologije ekstrakcije

Od tradicionalnih metoda taloženja do napredne elektrokemijske separacije, različite tehnologije pokazale su potencijal za primjenu u visokim omjerima magnezija i litija i otopinama litija niske koncentracije.

Ekološka prihvatljivost

Razvoj tehnologije omogućio je smanjenje rasipanja vodnih resursa i zagađenja od salinizacije tijekom ekstrakcije litija, pružajući mogućnost za ekstrakciju zelenog litija.

Izgledi za budućnost

Predlaže se optimizacija procesa ekstrakcije litija kroz međudomensku suradnju i integraciju tehnologije, pružajući praktične smjernice za razvoj izvora slane vode niskog stupnja.

Slika 1: Sažetak distribucije i rezultata ekstrakcije glavnih izvora litija u svijetu

Slika prikazuje distribuciju koncentracije litija i omjera magnezija i litija u različitim vodnim tijelima, kao i eksperimentalne podatke različitih tehnologija ekstrakcije litija. Rezultati pokazuju da su izvori slane vode niske razine u izobilju, ali je potrebna ciljana tehnologija optimizacije.

Slika 2: Analiza mehanizma ekstrakcije otapalom i adsorpcijske tehnologije

(a) Princip binarnog sinergističkog ekstrakcijskog sustava TBP-FeCl3. (b) Slojevita struktura i mehanizam ekstrakcije litija adsorbensa Li/Al-LDH. (c) Metode za povećanje stabilnosti adsorbenata tijekom recikliranja, uključujući površinsko premazivanje i dopiranje heterogenih atoma.

Slika 3: Shematski dijagram tehnologije odvajanja temeljene na membrani

(a) Donnanov učinak isključivanja u nanofiltracijskoj membrani blokira ione magnezija. (b) Princip odvajanja membrane čvrstog elektrolita litija pod električnim pogonom. (c) Eksperimentalni rezultati povećanja koncentracije litija u uvjetima morske vode, koji pokazuju visoku učinkovitost tehnologije.

Slika 4: Elektrokemijski sustav ekstrakcije litija

(a) Shematski dijagram jednokomornih i dvokomornih sustava. (b) Usporedba radnog potencijala i potencijala razvijanja vodika/kisika različitih materijala elektroda. (c) Kristalna struktura i kapacitet ekstrakcije litija LiFePO₄ i LiMn₂O₄ elektrodnih materijala

Slika 5: Sažetak osnovnih principa ekstrakcije litija

Ova slika sažima pokretačke snage ekstrakcije litija u obliku energetskog dijagrama, uključujući razlike u energiji dehidracije, difuzije i energije rešetke, te ističe da se selektivnost i učinkovitost ekstrakcije litija mogu dodatno poboljšati optimizacijom ovih čimbenika u budućnosti .

Pregled pokazuje da ekstrakcija litija iz slane vode niskog stupnja ne samo da može ublažiti nedostatak resursa litija, već i pružiti mogućnost za ekološki model proizvodnje litija s niskim udjelom ugljika. U budućnosti je potrebno nastaviti dubinska istraživanja dizajna materijala za separaciju, iskorištavanja energije i optimizacije procesa kako bi se postigla komercijalizacija i šira primjena tehnologije.