据外媒报道，莱斯大学（Rice University）一研究小组开发出创新的电化学反应器，可以从天然盐水溶液中提取锂，为满足可充电电池对锂日益增长的需求提供了一种有希望的方法。相关研究已发表于期刊《Proceedings of the National Academy of Sciences》上。该反应器对可再生能源存储和电动汽车具有巨大的潜力。
图片来源：莱斯大学
锂是可再生能源存储和电动汽车电池中的关键成分，但传统的锂提取方法面临着许多挑战，包括高能量要求和难以将锂与其他元素分离。
天然盐水（地热环境中的咸水）已成为一种颇具吸引力的锂源，因为传统的矿石开采难度越来越大，成本也越来越高。然而，这些盐水还含有钠、钾、镁和钙等其他离子，这些离子的化学性质与锂非常相似，因此高效分离极具挑战性。
锂和这些其他离子的离子大小和电荷相似，这意味着传统的分离技术往往难以实现高选择性，从而导致额外的能源消耗和化学废物。此外，盐水中含有高浓度的氯离子，这会导致传统电化学过程中产生有害的氯气，从而进一步增加提取过程的复杂性和安全隐患。
由Lisa Biswal和Haotian Wang领导的莱斯大学工程团队已经解决了这些挑战，发明出新型三室电化学反应器，可以提高从盐水中提取锂的选择性和效率。与传统方法不同，这种新反应器引入了一个中间室，其中装有多孔固体电解质（就像相互连接的高速公路），通过控制盐水通过时的离子流来防止这些不必要的反应。
阳离子交换膜充当氯离子的屏障，阻止它们到达电极区域，在那里它们可以结合产生氯气，从而最大限度地减少有害副产品。实现高选择性锂提取的关键部件是电解器另一侧的专用锂离子导电玻璃陶瓷（LICGC）膜，它可以选择性地允许锂通过，同时阻挡其他离子。
该LICGC膜的高离子电导率和选择性对于保持效率至关重要，因为它可以显著降低天然盐水中钾、镁和钙等其他离子的干扰。尽管LICGC膜通常用于固态锂离子电池，但这种用于选择性提取锂的应用代表了对材料高离子电导率和选择性的新颖而有效的利用。
“我们的方法不仅实现了高锂纯度，而且还减轻了与传统提取方法相关的环境风险，”论文第一作者、Biswal实验室的研究生Yuge Feng表示。“我们创建的反应堆旨在最大限度地减少副产品的形成并提高锂的选择性。”
该反应堆取得了令人印象深刻的成果，包括锂纯度达到97.5%。这意味着该装置可以有效地将锂与盐水中的其他离子分离，这对于生产高质量的氢氧化锂（电池制造的重要材料）至关重要。此外，新的反应堆设计显著减少了氯气的产生，使该过程更安全、更环保。研究人员表示，它有可能改变从地热盐水等具有挑战性的来源中提取锂的局面。
另一个重要发现与反应堆长期稳定性的挑战有关。研究小组观察到，与钾、镁或钙不同，钠离子往往会在LICGC膜表面堆积，从而阻碍锂的传输并增加能耗。虽然这种堆积可能会影响锂的提取效率，但研究人员确定了缓解这一问题的策略，例如降低电流水平，并建议未来的研究探索表面涂层或电流脉冲，以进一步优化反应堆。
通过提供一种更清洁、更高效且可能更快的从地热盐水中提取锂的方法，这项研究标志着朝着确保可再生能源技术稳定锂供应迈出了重要一步。
