Litij je ključna komponenta baterija električnih vozila, no tradicionalne metode ekstrakcije litija suočavaju se s mnogim izazovima, poput visoke potrošnje i niske energije, a također je teško odvojiti litij od drugih elemenata (kao što su natrij, kalij, magnezij i kalcij).
Istraživački tim Lise Biswal i Haotian Wang sa Sveučilišta Rice u Velikoj Britaniji razvio je novi elektrokemijski reaktor koji može učinkovito ekstrahirati litij iz prirodnih otopina slane vode (kao što je salamura slanog jezera).
Istraživački tim rekao je da ova metoda ne samo da postiže 97,5% ekstrakcije litija visoke čistoće, već i uvelike smanjuje ekološke rizike koje donose tradicionalne metode ekstrakcije. Relevantni rad objavljen je u najnovijem broju časopisa Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (DOI:10.1073/pnas.2410033121).
Prema izvješćima, Riceov inženjerski tim riješio je mnoge izazove u ekstrakciji litija pomoću novog elektrokemijskog reaktora s tri komore i uspješno poboljšao selektivnost i učinkovitost ekstrakcije litija iz slane vode.
Za razliku od konvencionalnih metoda, ovaj novi kemijski reaktor ima međukomoru koja sadrži porozni čvrsti elektrolit koji zaobilazi neželjene ionske reakcije i smanjuje proizvodnju štetnih nusproizvoda kao što je klor.
Najkritičnija komponenta je posebna litij-ionska vodljiva staklokeramička (LICGC) membrana na jednoj strani elektrolizatora. Ova membrana selektivno propušta ione litija dok blokira druge ione, značajno smanjujući smetnje drugih iona kao što su kalij, magnezij i kalcij.
S lijeva na desno Yuge Feng, Lisa Biswal i Yoon Park, izvor: Sveučilište Rice
"Naša metoda ne samo da postiže ekstrakciju litija visoke čistoće, već također slabi ekološke rizike tradicionalnih metoda ekstrakcije litija. Reaktor koji smo stvorili može minimizirati stvaranje nusproizvoda i poboljšati selektivnost litija", rekao je prvi autor Yuge Feng, student diplomskog studija Biswalov laboratorij.
Naravno, postigli su vrlo poželjne rezultate, uključujući 97,5% čistoću litija. To znači da uređaj može učinkovito odvojiti litij i druge ione od slane vode, što je vrlo važno za proizvodnju visokokvalitetnih materijala litij hidroksida za pogonske baterije električnih vozila.
Osim toga, ovaj novi dizajn reaktora također značajno smanjuje stvaranje plinovitog klora, čineći proces sigurnijim i ekološki prihvatljivijim.
Osim toga, tim je uočio da se ioni natrija, za razliku od kalija, magnezija ili kalcija, nakupljaju na površini LICGC membrane. To će na kraju ometati transport litija i dovesti do povećanih gubitaka, što može utjecati na učinkovitost ekstrakcije litija, ali istraživači su identificirali strategije za ublažavanje ovog problema, kao što je smanjenje razine struje, i predlažu dodavanje premaza ili strujnih impulsa na površine za daljnju optimizaciju reaktora.
"Naše područje dugo se suočava s problemima niske učinkovitosti ekstrakcije litija i zagađenja okoliša", rekao je Haotian Wang, izvanredni profesor kemijskog i biomolekularnog inženjerstva. "Ovaj reaktor pokazuje potencijal kombiniranja temeljne znanosti s inženjerskom inovacijom za rješavanje problema iz stvarnog svijeta."