Литий является жизненно важным элементом в аккумуляторах электромобилей, но ожидается, что стремительный рост спроса на литий исчерпает наземные запасы к 2080 году. Исследователи KAUST разработали экономически жизнеспособную систему, которая может извлекать литий высокой чистоты из морской воды.
Океаны содержат примерно в 5000 раз больше лития, чем суша, но в чрезвычайно низких концентрациях — около 0,2 частей на миллион (ppm). Более крупные ионы, включая натрий, магний и калий, присутствуют в морской воде в гораздо более высоких концентрациях; однако предыдущие исследования по выделению лития из этой смеси мало что дали.
Команда KAUST решила эту проблему с помощью электрохимической ячейки, содержащей керамическую мембрану из оксида лития, лантана, титана (LLTO). Его кристаллическая структура содержит отверстия, достаточно широкие, чтобы пропускать ионы лития, блокируя ионы более крупных металлов. «Мембраны LLTO никогда раньше не использовались для извлечения и концентрирования ионов лития», — говорит постдок Чжэнь Ли, разработавший клетку.
Ячейка состоит из трех отсеков. Морская вода поступает в центральную загрузочную камеру, где положительные ионы лития проходят через мембрану LLTO в боковой отсек, содержащий буферный раствор и медный катод, покрытый платиной и рутением. Между тем, отрицательные ионы выходят из загрузочной камеры через стандартную анионообменную мембрану, переходя в третью камеру, содержащую раствор хлорида натрия и платино-рутениевый анод.
Исследователи протестировали систему, используя морскую воду из Красного моря. При напряжении 3,25 В элемент вырабатывает газообразный водород на катоде и газообразный хлор на аноде. Это стимулирует транспортировку лития через мембрану LLTO, где он накапливается в боковой камере. Эта обогащенная литием вода затем становится сырьем для еще четырех циклов обработки, в конечном итоге достигая концентрации более 9000 частей на миллион. Регулировка pH этого раствора дает твердый фосфат лития, который содержит лишь следы других ионов металлов — достаточно чистый, чтобы соответствовать требованиям производителей аккумуляторов.
По оценкам исследователей, ячейке потребуется всего 5 долларов США на электричество для извлечения 1 килограмма лития из морской воды. Стоимость водорода и хлора, производимых ячейкой, более чем компенсирует эти затраты, а остаточная морская вода также может использоваться в опреснительных установках для обеспечения пресной воды.
Источник — 1nsk.ru.