Дефіцитний літій для акумуляторів навчилися добувати прямо з озер

Літій став вкрай необхідним і доволі дефіцитним металом на тлі стрімкого розвитку масового виробництва електронних пристроїв та акумуляторів.

Традиційно літій видобувається із гірських руд. Це дорогий, складний і тривалий процес, який також завдає шкоди навколишньому середовищу.

Однак, ймовірно, що більша частина видобутку літію спирається на випаровування розсолу з величезних водойм під Сонцем протягом року, та навіть довше. У процесі випаровування залишається багатий на літій розчин. 

Для отримання літію з цього розчину необхідне застосування відповідних хімічних речовин, які є потенційно токсичними. Наразі дослідники з Імперського коледжу Лондона представили нову технологію видобутку літію з солених озер та геотермальних джерел.

Науковці створили мембрану з полімерів з крихітними, точно спроектованими порами у формі пісочного годинника, які здатні вибірково вловлювати іони літію зі складних соляних розчинів. Ці соляні розчини багаті на літій та містять іони натрію, калію, магнію і інших елементів. Традиційні методи вилучення літію не дозволяли ефективно відділяти іони цього металу. 

Під час традиційного вилучення літію розсол заливають у величезні пруди, де процес випаровування може займати місяці і навіть роки. Цей процес вимагає використання великої кількості води, а також токсичних хімікатів та призводить до викидів парникових газів в атмосферу. 

Нова технологія обіцяє суттєве зменшення вартості цього процесу, а також скорочення шкідливих викидів. Полімерна мембрана містить крихітні нанопори, що виступають у ролі молекулярного сита. Вони вкриті групами гідрофільних елементів, які допомагають спрямовувати іони літію крізь мембрану та блокують іони більшого розміру.

Під час експериментів мембрана пропускала 200 іонів літію на кожний іон магнію. Таким чином продуктивність технології перевершує більшість аналогічних мембранних матеріалів, які здебільшого не досягають ефективності навіть 10:1. 

При задіянні пристрою для електродіалізу мембрана використовує електричний струм для витягування іонів літію через свої пори, залишаючи магній та інші домішки. У ході випробувань з використанням імітованих соляних озер система виготовляла високочистий карбонат літію, придатний для використання в акумуляторах. 

При цьому полімерні матеріали, які використовуються для створення мембран, легко розчиняються у звичайних розчинниках і можуть бути виготовлені з використанням вже існуючих промислових технологій.

Світовий попит на літій продовжує зростати на тлі переходу на використання електромобілів та альтернативних джерел енергії. Вилучення літію з розсолу з використанням мембран може стати більш стійкою та економічно ефективною альтернативою традиційним методам, особливо якщо процес здійснюватиметься з використанням відновлюваних джерел енергії.

Дослідники вже збільшили розміри власних мембран і випробували їх на значно більших електродіалізних конденсаторах. В одному з експериментів їм вдалося сконцентрувати літій зі змішаного сольового розчину до більш ніж 3 молей на літр, цей рівень задовільняє вимогам для виробництва високочистого карбонату літію, ключового інгредієнта в батареях.

Цю технологію можна використовувати для очищення води, вилучення цінних металів зі стічних вод гірничодобувної промисловості або навіть міді та інших важливих матеріалів.

Результати дослідження опубліковані у журналі Nature

Джерело: ZME Science