Дефицитный литий для аккумуляторов научились добывать прямо из озер

Литий стал крайне необходимым и довольно дефицитным металлом на фоне стремительного развития массового производства электронных устройств и аккумуляторов.

Традиционно литий добывается из горных руд. Это дорогой, сложный и длительный процесс, который также наносит вред окружающей среде.

Однако, вероятно, большая часть добычи лития строится на испарении специального рассола из огромных водоемов под Солнцем в течение года, и даже дольше. В процессе испарения остается богатый на литий раствор.

Для получения лития из этого раствора необходимо применение соответствующих химических веществ, которые являются потенциально токсичными. Сейчас исследователи из Имперского колледжа Лондона представили новую технологию добычи лития из соленых озер и геотермальных источников.

Ученые создали мембрану из полимеров с крошечными, точно спроектированными порами в форме песочных часов, которые способны избирательно улавливать ионы лития из сложных соляных растворов. Эти соляные растворы богаты литием и содержат ионы натрия, калия, магния и других элементов. Традиционные методы извлечения лития не позволяли эффективно отделять ионы этого металла.

Во время традиционного извлечения лития рассол заливают в огромные пруды, где процесс испарения может занимать месяцы и даже годы. Этот процесс требует использования большого количества воды, а также токсичных химикатов и приводит к выбросам парниковых газов в атмосферу.

Спецпроекты

Новая технология обещает существенное уменьшение стоимости этого процесса, а также сокращение вредных выбросов. Полимерная мембрана содержит крошечные нанопоры, выступающие в роли молекулярного сита. Они покрыты группами гидрофильных элементов, которые помогают направлять ионы лития сквозь мембрану и блокируют ионы большего размера.

Nature

Во время экспериментов мембрана пропускала 200 ионов лития на каждый ион магния. Таким образом производительность технологии превосходит большинство аналогичных мембранных материалов, которые в основном не достигают эффективности даже 10:1.

При задействовании устройства для электродиализа мембрана использует электрический ток для вытягивания ионов лития через свои поры, не пропуская магний и другие примеси. В ходе испытаний с использованием имитированных соляных озер система изготавливала высокочистый карбонат лития, пригодный для использования в аккумуляторах.

При этом полимерные материалы, используемые для создания мембран, легко растворяются в обычных растворителях и могут быть изготовлены с использованием уже существующих промышленных технологий.

«Мы в процессе создания компании, занимающейся климатическими технологиями, и стремимся наладить партнерские отношения с компаниями по добыче лития в больших масштабах с использованием соляных растворов», — отметил ведущий автор исследования, доктор Целей Сун.

Мировой спрос на литий продолжает расти на фоне перехода на использование электромобилей и альтернативных источников энергии. Извлечение лития из рассола с использованием мембран может стать более устойчивой и экономически эффективной альтернативой традиционным методам, особенно если процесс будет осуществляться с использованием возобновляемых источников энергии.

Исследователи уже увеличили размеры собственных мембран и испытали их на значительно больших электродиализных конденсаторах. В одном из экспериментов им удалось сконцентрировать литий из смешанного солевого раствора до более чем 3 молей на литр, этот уровень удовлетворяет требованиям для производства высокочистого карбоната лития, ключевого компонента в батареях.

Спецпроекты

Эту технологию можно использовать для очистки воды, извлечения ценных металлов из сточных вод горнодобывающей промышленности, или даже меди, и других важных материалов.

«Эта технология имеет огромный потенциал в различных коммерчески важных сферах: от хранения энергии до очистки воды и восстановления критически важных материалов в экономике замкнутого цикла», — отмечает директор по предпринимательству на кафедре химической инженерии Имперского колледжа Лондона, профессор Сандро Маккьетто.