Το λίθιο είναι βασικό συστατικό των μπαταριών ηλεκτρικών οχημάτων, αλλά οι παραδοσιακές μέθοδοι εξαγωγής λιθίου αντιμετωπίζουν πολλές προκλήσεις, όπως υψηλή κατανάλωση και χαμηλή ενέργεια, και είναι επίσης δύσκολο να διαχωριστεί το λίθιο από άλλα στοιχεία (όπως νάτριο, κάλιο, μαγνήσιο και ασβέστιο).
Η ερευνητική ομάδα της Lisa Biswal και του Haotian Wang στο Πανεπιστήμιο Rice στο Ηνωμένο Βασίλειο ανέπτυξε έναν νέο ηλεκτροχημικό αντιδραστήρα που μπορεί να εξάγει αποτελεσματικά το λίθιο από φυσικά διαλύματα αλμυρού νερού (όπως η άλμη της αλμυρής λίμνης).
Η ερευνητική ομάδα είπε ότι αυτή η μέθοδος όχι μόνο επιτυγχάνει 97,5% εξαγωγή λιθίου υψηλής καθαρότητας, αλλά μειώνει επίσης σημαντικά τους περιβαλλοντικούς κινδύνους που επιφέρουν οι παραδοσιακές μέθοδοι εκχύλισης. Η σχετική εργασία έχει δημοσιευθεί στο τελευταίο τεύχος του Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (DOI:10.1073/pnas.2410033121).
Σύμφωνα με αναφορές, η ομάδα μηχανικών της Rice έχει λύσει πολλές προκλήσεις στην εξαγωγή λιθίου μέσω ενός νέου ηλεκτροχημικού αντιδραστήρα τριών θαλάμων και βελτίωσε με επιτυχία την επιλεκτικότητα και την αποτελεσματικότητα της εξαγωγής λιθίου από άλμη.
Σε αντίθεση με τις συμβατικές μεθόδους, αυτός ο νέος χημικός αντιδραστήρας έχει έναν ενδιάμεσο θάλαμο που περιέχει έναν πορώδη στερεό ηλεκτρολύτη που παρακάμπτει τις ανεπιθύμητες αντιδράσεις ιόντων και ελαχιστοποιεί την παραγωγή επιβλαβών υποπροϊόντων όπως το χλώριο.
Το πιο κρίσιμο συστατικό είναι μια ειδική αγώγιμη υαλοκεραμική μεμβράνη ιόντων λιθίου (LICGC) στη μία πλευρά του ηλεκτρολύτη. Αυτή η μεμβράνη επιτρέπει επιλεκτικά τα ιόντα λιθίου να περάσουν ενώ μπλοκάρει άλλα ιόντα, μειώνοντας σημαντικά την παρεμβολή από άλλα ιόντα όπως το κάλιο, το μαγνήσιο και το ασβέστιο.
Από αριστερά προς τα δεξιά Yuge Feng, Lisa Biswal και Yoon Park, πηγή: Πανεπιστήμιο Rice
"Η μέθοδός μας όχι μόνο επιτυγχάνει εξαγωγή λιθίου υψηλής καθαρότητας, αλλά αποδυναμώνει επίσης τους περιβαλλοντικούς κινδύνους των παραδοσιακών μεθόδων εξαγωγής λιθίου. Ο αντιδραστήρας που δημιουργήσαμε μπορεί να ελαχιστοποιήσει τον σχηματισμό υποπροϊόντων και να βελτιώσει την επιλεκτικότητα του λιθίου", δήλωσε ο πρώτος συγγραφέας Yuge Feng, μεταπτυχιακός φοιτητής στο εργαστήριο του Biswal.
Φυσικά, πέτυχαν πολύ επιθυμητά αποτελέσματα, συμπεριλαμβανομένης της καθαρότητας λιθίου 97,5%. Αυτό σημαίνει ότι η συσκευή μπορεί να διαχωρίσει αποτελεσματικά το λίθιο και άλλα ιόντα από την άλμη, κάτι που είναι πολύ σημαντικό για την παραγωγή υλικών υδροξειδίου του λιθίου υψηλής ποιότητας για μπαταρίες ηλεκτρικών οχημάτων.
Επιπλέον, αυτός ο νέος σχεδιασμός αντιδραστήρα μειώνει επίσης σημαντικά την παραγωγή αερίου χλωρίου, καθιστώντας τη διαδικασία ασφαλέστερη και πιο φιλική προς το περιβάλλον.
Επιπλέον, η ομάδα παρατήρησε ότι, σε αντίθεση με το κάλιο, το μαγνήσιο ή το ασβέστιο, τα ιόντα νατρίου τείνουν να συσσωρεύονται στην επιφάνεια της μεμβράνης LICGC. Αυτό τελικά θα εμποδίσει τη μεταφορά λιθίου και θα οδηγήσει σε αυξημένες απώλειες, οι οποίες μπορεί να επηρεάσουν την αποτελεσματικότητα της εξαγωγής λιθίου, αλλά οι ερευνητές έχουν εντοπίσει στρατηγικές για τον μετριασμό αυτού του προβλήματος, όπως η μείωση του τρέχοντος επιπέδου, και προτείνουν την προσθήκη επιστρώσεων ή παλμών ρεύματος στο την επιφάνεια για περαιτέρω βελτιστοποίηση του αντιδραστήρα.
«Ο τομέας μας αντιμετωπίζει από καιρό προβλήματα με χαμηλή απόδοση εξόρυξης λιθίου και περιβαλλοντική ρύπανση», δήλωσε ο Haotian Wang, αναπληρωτής καθηγητής χημικής και βιομοριακής μηχανικής. "Αυτός ο αντιδραστήρας καταδεικνύει τη δυνατότητα συνδυασμού της βασικής επιστήμης με την καινοτομία της μηχανικής για την επίλυση προβλημάτων του πραγματικού κόσμου."