What are you looking for?

Новый электрохимический реактор может извлекать литий

15.11.2024

Группа исследователей из Университета Райса разработала инновационный электрохимический реактор для извлечения лития из природных солевых растворов, предлагая многообещающий подход к удовлетворению растущего спроса на литий, используемый в перезаряжаемых батареях. Этот прорыв, опубликованный в Трудах Национальной академии наук, имеет значительный потенциал для хранения возобновляемой энергии и электромобилей.

Литий является важнейшим компонентом в аккумуляторах для хранения возобновляемой энергии и электромобилях, однако традиционные методы извлечения лития сталкиваются с многочисленными проблемами, включая высокие энергозатраты и сложность отделения лития от других элементов.

Природные растворы — соленая вода, обнаруженная в геотермальных средах — стали привлекательным источником лития, поскольку традиционные рудные источники все сложнее и дороже добывать. Однако эти растворы также содержат другие ионы, такие как натрий, калий, магний и кальций, которые имеют очень похожие химические свойства с литием, что делает эффективное разделение чрезвычайно сложным.

Сходство ионного размера и заряда между литием и этими другими ионами означает, что традиционные методы разделения часто не могут достичь высокой селективности, что приводит к дополнительному потреблению энергии и химическим отходам. Более того, растворы содержат высокие концентрации ионов хлорида, что может привести к образованию опасного газообразного хлора в традиционных электрохимических процессах, что ещё больше усложняет и усугубляет проблемы безопасности процесса экстракции.

Команда инженеров Rice под руководством Лизы Бисвал и Хаотяна Вана решила эти проблемы с помощью нового трёхкамерного электрохимического реактора, который повышает селективность и эффективность извлечения лития из растворов. В отличие от традиционных методов, этот новый реактор представляет собой среднюю камеру, содержащую пористый твердый электролит — представьте себе взаимосвязанные магистрали — который предотвращает эти нежелательные реакции, контролируя поток ионов при прохождении раствора.

Катионообменная мембрана действует как барьер для ионов хлорида, не давая им достичь области электрода, где они могли бы объединиться, чтобы произвести газообразный хлор, и тем самым минимизируя опасные побочные продукты. Ключевой компонент, который обеспечивает высокоселективное извлечение лития, заключается в специализированной литий-ионпроводящей стеклокерамической мембране (LICGC) на другой стороне электролизера, которая селективно пропускает литий, блокируя другие ионы.

Высокая ионная проводимость и селективность мембраны LICGC имеют решающее значение для поддержания эффективности, поскольку она значительно снижает помехи от других ионов, присутствующих в природных растворы, таких как калий, магний и кальций. Хотя мембраны LICGC обычно используются в твердотельных литий-ионных батареях, это применение для селективного извлечения лития представляет собой новое и эффективное использование высокой ионной проводимости и селективности материала.

«Наш подход не только обеспечивает высокую чистоту лития, но и снижает экологические риски, связанные с традиционными методами экстракции», — сказал первый автор Юге Фэн, аспирант лаборатории Biswal. «Созданная нами реакторная установка разработана для минимизации образования побочных продуктов и улучшения селективности лития».

Реактор достиг впечатляющих результатов, включая степень чистоты лития 97,5%. Это означает, что установка может эффективно отделять литий от других ионов в раствор, что имеет решающее значение для производства высококачественного гидроксида лития, важного материала для производства аккумуляторов. Кроме того, новая конструкция реактора значительно сократила производство газообразного хлора, сделав процесс более безопасным и экологически чистым. Исследователи заявили, что он может стать переломным моментом в извлечении лития из сложных источников, таких как геотермальные растворы.

«Этот реактор может стать важным шагом вперед на пути к повышению эффективности извлечения лития и уменьшению его вреда для окружающей среды», — сказал Бисвал, профессор химического машиностроения имени Уильяма М. Маккарделла и соавтор Вана.

Ещё один ключевой вывод касался проблем со стабильностью реактора с течением времени. Команда заметила, что ионы натрия, в отличие от калия, магния или кальция, имели тенденцию накапливаться на поверхности мембраны LICGC, что затрудняло транспорт лития и увеличивало потребление энергии. Хотя это накопление могло повлиять на эффективность извлечения лития, исследователи определили стратегии для смягчения этой проблемы, такие как снижение уровней тока, и предложили, чтобы будущие исследования изучали поверхностные покрытия или импульсы тока для дальнейшей оптимизации реактора.

Предлагая более чистый, эффективный и потенциально более быстрый метод извлечения лития из геотермальных раствор, это исследование знаменует собой важный шаг на пути к обеспечению стабильных поставок лития для технологий возобновляемой энергетики.

«Наша область долго боролась с неэффективностью и воздействием на окружающую среду извлечения лития », — сказал Ван, доцент кафедры химической и биомолекулярной инженерии. «Этот реактор — свидетельство силы объединения фундаментальной науки с инженерной изобретательностью для решения реальных проблем».


Ведёт расследования о коррупции в любых эшелонах власти

Social Link

Follow Me On Social Media