Китай обошел США: ученые нашли эффективный способ добычи лития для аккумуляторов

Исследователи из Китайского нефтяного университета в Пекине представили новаторский электродный материал, который повышает извлечение лития из рассолов соленых озер. Об этом пишет Interesting Engineering.

Литий (Li) — химический элемент, относящийся к группе щелочных металлов периодической таблицы. Как ключевой компонент литий-ионных аккумуляторов, он используется для питания электромобилей и достижений в области возобновляемой энергии, в то же время широко применяется в повседневных технологиях, включая цифровые камеры, мобильные телефоны, ноутбуки и медицинское оборудование.

С глобальным стремлением к устойчивости и растущей зависимостью от систем на батарейном питании спрос на литий продолжает расти. Прогнозы указывают на серьезный дефицит поставок лития к 2030 году, при этом запасы соляной воды в соленых озерах Китая составляют 80% мировых ресурсов.

Однако эффективное выделение Li⁺ из сопутствующих металлов остается серьезной проблемой, требующей передовых технологий экстракции для повышения как эффективности, так и чистоты. Для решения этой проблемы исследовательская группа разработала усовершенствованный электродный материал, позволяющий повысить извлечение лития из рассолов соленых озер, тем самым максимально используя их потенциал.

Прорыв в добыче лития

Новый материал сочетает в себе наночастицы оксида металла SnO₂, накапливающего литий, с электродом LiMn₂O₄ (LMO) — широко используемым электродным материалом для селективного захвата Li+ , — образуя гибридную структуру, которая улучшает как емкость, так и стабильность при извлечении лития.

После успешной разработки этого модифицированного островом наночастицы SnO₂ электрода LMO исследовательская группа проверила его производительность в имитированном рассоле. Эксперимент показал, что наночастицы SnO₂ действуют как стабилизирующие острова, смягчая механическое напряжение во время циклов заряда-разряда и предотвращая деградацию материала.

Это нововведение не только продлевает срок службы электрода, но и обеспечивает большую селективность лития, делая процесс извлечения более стабильным, эффективным и жизнеспособным для крупномасштабных приложений. Кроме того, результаты показали, что модифицированный электрод эффективно противодействует растворению марганца, давней проблеме, которая ослабляет обычные электроды LMO.

Результаты также подтвердили превосходную эффективность электрода с электроадсорбционной емкостью 19,76 мг г⁻¹, коэффициентом диффузии ионов лития 1,08×10⁻¹¹ см² с⁻¹ и степенью сохранения емкости 61,03% после 30 циклов, что превосходит производительность немодифицированных электродов LMO.

Перспективы и промышленное применение

Результаты исследования подчеркивают потенциал электрода для крупномасштабного извлечения лития, предлагая более эффективную и стабильную альтернативу существующим технологиям.

Вэньшуай Чжу, профессор Китайского университета нефти в Пекине и один из авторов исследования, надеется, что работа даст представление о разработке электрохимических методов извлечения литиевых ресурсов из природных рассолов соленых озер.

"Далее мы планируем оптимизировать процесс подготовки электродов, чтобы добиться простоты подготовки и одновременно повысить эффективность извлечения лития для удовлетворения основных требований индустриализации", — сообщает Чжу. — "Разработанные нами материалы для извлечения лития из электродов имеют потенциальное применение в электрохимическом извлечении лития из различных жидких литиевых ресурсов, таких как рассол соленых озер, морской рассол и добываемая вода нефтяных и газовых месторождений".