И это будет стоить всего пять долларов электроэнергии за килограмм.
Без лития полностью электрические автомобили сегодня были бы невозможны, а поскольку растущий спрос на электромобили, как ожидается, исчерпает запасы на суше к 2080 году, это может стать неизбежным. Но есть и другой способ добычи жизненно важного элемента, точнее, иное место.
В океанах содержится примерно в 5 000 раз больше лития, чем на суше, но в неприлично малых концентрациях - примерно 0,2 части на миллион (ppm). Группа исследователей разработала новую систему, способную извлекать концентрированный литий из морской воды, согласно недавнему исследованию, опубликованному в журнале Energy & Environmental Science.
Обогащение содержания лития в морской воде с помощью электрохимической ячейки
Исследовательская группа из KAUST разработала электрохимическую ячейку, содержащую керамическую мембрану, состоящую из литий-лантан-титанового оксида (LLTO), кристаллическая структура которого имеет достаточно широкие отверстия, чтобы позволить ионам лития проходить через них, блокируя при этом более крупные ионы металлов. "Мембраны LLTO никогда ранее не использовались для извлечения и концентрации ионов лития", - говорит Чжен Ли, исследователь, разработавший ячейку. Ячейка состоит из трех отсеков: сначала морская вода поступает в центральную загрузочную камеру, затем положительные ионы лития проходят через LLTO-мембрану и попадают в соседний отсек, оснащенный буферным раствором, а также медным катодом, покрытым рутением и платиной.
Пока это происходит, отрицательные ионы покидают камеру подачи через стандартную анионообменную мембрану и проходят через третий отсек, содержащий раствор хлорида натрия и платино-рутениевый анод. Новая система извлечения лития была протестирована с морской водой, забранной из Красного моря, и при напряжении 3,25 В ячейка может генерировать хлор на аноде и водород на катоде. Это направляет литий через LLTO-мембрану, где он скапливается в боковой камере сверху. В результате получается обогащенная литием вода, которая затем подается обратно в ячейку через еще четыре цикла обработки, обогащая концентрацию элемента до достижения 9 000 частей на миллион.
На один килограмм требуется пять долларов электроэнергии
Затем исследователи изменяют pH раствора, создавая твердый фосфат лития, который содержит только следы ионов других металлов. Иными словами, конечный продукт достаточно чист, чтобы попасть в стандарты производителей батарей для всех электромобилей. Чтобы извлечь 2,2 фунта (1 кг) лития из морской воды, потребуется всего пять долларов электроэнергии. Пять долларов!
А стоимость хлора и водорода, получаемых из ячейки, с лихвой окупит затраты, остатки морской воды можно будет использовать в опреснительных установках для получения пресной воды. "Мы будем продолжать оптимизировать структуру мембраны и конструкцию ячейки, чтобы повысить эффективность процесса", - говорит Жипинг Лай, возглавляющий KAUST. Его команда также намерена вступить в сотрудничество со стекольной промышленностью, чтобы разработать LLTO мембрану в больших масштабах с доступной стоимостью.
Нет необходимости говорить, что это чрезвычайно перспективная система. Автопроизводители, такие как Ford, все чаще следуют примеру Tesla, переходя на полностью электрические автомобили, чтобы в конечном итоге отказаться от ископаемого топлива, которое связано с высоким уровнем выбросов углекислого газа и глобальным изменением климата. Но если у нас закончится литий, то эти планы будут лишь временной остановкой для транспортной и автомобильной промышленности. Вот почему для электрохимической ячейки команды KAUST наиболее важным является не возможность просто получить концентрированные ионы лития, а возможность сделать это по низкой цене и с устойчивым выходом.
