Китай обійшов США: вчені знайшли ефективний спосіб видобутку літію для акумуляторів

Дослідники з Китайського нафтового університету в Пекіні представили новаторський електродний матеріал, який підвищує вилучення літію з розсолів солоних озер. Про це пише Interesting Engineering.

Літій (Li) — хімічний елемент, що належить до групи лужних металів періодичної таблиці. Як ключовий компонент літій-іонних акумуляторів, його використовують для живлення електромобілів і досягнень у галузі відновлюваної енергії, водночас його широко застосовують у повсякденних технологіях, зокрема у цифровому обладнанні, зокрема у цифровому фотоапараті, мобільному телефоні, ноутбуці та медичному обладнанні.

З глобальним прагненням до стійкості та зростаючою залежністю від систем на батарейному живленні попит на літій продовжує зростати. Прогнози вказують на серйозний дефіцит поставок літію до 2030 року, при цьому запаси соляної води в солоних озерах Китаю становлять 80% світових ресурсів.

Однак ефективне виділення Li⁺ із супутніх металів залишається серйозною проблемою, що вимагає передових технологій екстракції для підвищення як ефективності, так і чистоти. Для вирішення цієї проблеми дослідницька група розробила вдосконалений електродний матеріал, що дає змогу підвищити вилучення літію з розсолів солоних озер, тим самим максимально використовуючи їхній потенціал.

Прорив у видобутку літію

Новий матеріал поєднує в собі наночастинки оксиду металу SnO₂, що накопичує літій, з електродом LiMn₂O₄ (LMO) — широко використовуваним електродним матеріалом для селективного захоплення Li+ , — утворюючи гібридну структуру, що покращує як місткість, так і стабільність під час вилучення літію.

Після успішної розробки цього модифікованого островом наночастинки SnO₂ електрода LMO дослідницька група перевірила його продуктивність в імітованому розсолі. Експеримент показав, що наночастинки SnO₂ діють як стабілізуючі острови, пом'якшуючи механічну напругу під час циклів заряду-розряду та запобігаючи деградації матеріалу.

Це нововведення не тільки подовжує термін служби електрода, а й забезпечує більшу селективність літію, роблячи процес вилучення стабільнішим, ефективнішим і життєздатнішим для великомасштабних застосувань. Крім того, результати показали, що модифікований електрод ефективно протидіє розчиненню марганцю, давній проблемі, яка послаблює звичайні електроди LMO.

Результати також підтвердили чудову ефективність електрода з електроадсорбційною ємністю 19,76 мг г-¹, коефіцієнтом дифузії іонів літію 1,08×10-¹¹¹ см² с-¹ і ступенем збереження ємності 61,03% після 30 циклів, що перевершує продуктивність немодифікованих електродів LMO.

Перспективи та промислове застосування

Результати дослідження підкреслюють потенціал електрода для великомасштабного вилучення літію, пропонуючи ефективнішу і стабільнішу альтернативу наявним технологіям.

Веньшуай Чжу, професор Китайського університету нафти в Пекіні та один з авторів дослідження, сподівається, що робота дасть уявлення про розробку електрохімічних методів вилучення літієвих ресурсів із природних розсолів солоних озер.

"Далі ми плануємо оптимізувати процес підготовки електродів, щоб домогтися простоти підготовки і одночасно підвищити ефективність вилучення літію для задоволення основних вимог індустріалізації", — повідомляє Чжу. — "Розроблені нами матеріали для вилучення літію з електродів мають потенційне застосування в електрохімічному вилученні літію з різних рідких літієвих ресурсів, як-от розсіл солоних озер, морський розсіл і видобувна вода нафтових і газових родовищ".

Раніше ми писали, що нідерландська компанія LeydenJar оголосила про розробку літій-іонних акумуляторів із кремнієвим анодом, які зберігають 80% ємності після 500 циклів заряду-розряду без необхідності зовнішнього тиску.