Ученые из Китайского нефтяного университета в Пекине разработали инновационный материал для электродов, который увеличивает извлечение лития из рассолов соленых озер. Об этом сообщает Interesting Engineering.
Литий (Li) является химическим элементом из группы щелочных металлов периодической таблицы. Он важный компонент литий-ионных батарей, которые используются для питания электромобилей и в области возобновляемой энергии, а также широко применяются в повседневной технике, такой как цифровые камеры, мобильные телефоны, ноутбуки и медицинское оборудование.
С учетом глобальных усилий по устойчивому развитию и увеличением зависимости от батарейных систем потребность в литии продолжает расти. Согласно прогнозам, к 2030 году ожидается значительный дефицит его поставок, при этом запасы соляной воды в соленых озерах Китая составляют 80% мировых ресурсов.
Однако успешное извлечение Li⁺ из сопутствующих металлов остается сложной задачей, требующей передовых технологий для повышения эффективности и чистоты. Чтобы решить эту проблему, научная группа разработала усовершенствованный материал для электродов, который увеличивает извлечение лития из рассолов соленых озер, полностью раскрывая их потенциал.
Прорыв в добыче лития
Новый материал включает наночастицы оксида металла SnO₂, которые накапливают литий, с электродом LiMn₂O₄ (LMO), часто используемым для селективного захвата Li⁺, и создает гибридную структуру, улучшающую емкость и стабильность при извлечении лития.
После успешной разработки этого модифицированного наночастицами SnO₂ электрода LMO, ученые проверили его эффективность в имитированном рассоле. Эксперимент показал, что наночастицы SnO₂ действуют как стабилизирующие элементы, снижая механическое напряжение при циклах заряда-разряда и предотвращая деградацию материала.
Это новшество не только продлевает срок службы электрода, но и повышает селективность лития, делая процесс извлечения более стабильным и эффективным для применения в большом масштабе. Кроме того, результаты показали, что модифицированный электрод эффективно борется с растворением марганца, проблемой, которая ослабляет обычные электроды LMO.
Результаты также подтвердили превосходную производительность 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 превзошло результаты немодифицированных электродов LMO.
Перспективы и промышленное применение
Результаты исследования подчеркивают возможности электрода для крупномасштабного извлечения лития, предлагая более эффективную и стабильную альтернативу текущим технологиям.
Вэньшуай Чжу, профессор Китайского университета нефти в Пекине и один из авторов исследования, надеется, что их работа внесет вклад в разработку электрохимических методов извлечения литиевых ресурсов из природных рассолов соленых озер.
"Далее мы планируем улучшить процесс подготовки электродов, чтобы сделать его проще и одновременно повысить эффективность извлечения лития для удовлетворения требований индустриализации," — говорит Чжу. — "Разработанные нами материалы для извлечения лития из электродов могут быть использованы в электрохимическом извлечении лития из различных жидких литиевых ресурсов, таких как рассол соленых озер, морской рассол и вода, добываемая в нефтяных и газовых месторождениях".