Электромобили обещают сократить зависимость от ископаемых видов топлива, но для этого нужны большие запасы лития, используемого в аккумуляторах. Литий традиционно добывают из руды и солевых растворов с высокой концентрацией, но этих источников недостаточно для покрытия будущего спроса, и их добыча вредит окружающей среде. Исследовательница материалов Чонг Лю из Чикагского университета разрабатывает инновационные методы, которые могут помочь извлекать литий из альтернативных источников, таких как солёная вода после опреснения, геотермальные растворы и даже морская вода.
Основной метод и выбор материала
Обычная морская вода содержит очень малую концентрацию лития по сравнению с более доступными источниками, например, рассолами. Проблема заключается в соотношении натрия к литию — в морской воде это примерно 20 000 к 1. Поэтому для эффективного извлечения лития нужен материал, который сможет выборочно захватывать литий и игнорировать натрий.
Лю нашла такой материал — фосфат железа. Этот материал более стабилен в воде и сохраняет свою структуру даже при насыщении ионами. Кроме того, кислород в фосфате железа взаимодействует с литием гораздо легче, чем с натрием. Так, литий остаётся в «каналах» материала, что позволяет его эффективно извлекать.
Эксперименты и улучшение методики
Для извлечения лития используется метод электрохимической интеркаляции. Исследователи погружают фосфат железа в солёную воду, где литий заполняет каналы в структуре материала. Когда материал насыщается, его переносят в пресную воду и подвергают воздействию электрического тока, что позволяет извлечь захваченный литий. Затем добавляют гидроксид, чтобы получить твёрдый гидроксид лития — вещество, необходимое для аккумуляторов электромобилей.
Чонг Лю продолжает совершенствовать метод. Её команда изучает поведение ионов лития и натрия внутри материала, чтобы сделать процесс более эффективным. По словам коллеги Лю, Стивена Чу из Стэнфорда, этот подход может изменить подход к добыче ресурсов и стать прорывом в науке о материалах.
Применение метода для других элементов
Исследование Лю также касается других ценных ресурсов, таких как редкоземельные элементы, необходимые для технологий, включая турбины и смартфоны. Разделение этих элементов представляет сложную задачу, так как их химические свойства и размеры почти идентичны. Но Лю уверена, что знания, накопленные в её лаборатории, помогут находить решения для разных задач — от ускорения химических реакций до новых подходов в лечении тяжёлых металловых отравлений.
Роль фундаментальных исследований
Большая часть работы лаборатории Лю направлена на накопление фундаментальных знаний о материалах и прогнозирование их свойств. Именно такой подход привёл её к выбору фосфата железа. Она ищет способы усовершенствования метода, который смог бы извлекать литий из низкоконцентрированных растворов в промышленных масштабах.
Чонг Лю видит своё будущее в науке. Она наслаждается решением сложных научных головоломок, и этот интерес побудил её стать профессором и посвятить себя исследованиям. В выходные она увлечённо играет с детьми, обучая их простым научным принципам, например, рассказывая о Солнечной системе или фотосинтезе.
Заключение
Работа Чонг Лю представляет собой шаг к экологически чистым методам добычи лития, необходимых для перехода на электроавтомобили и другие высокотехнологичные области. Новый подход не только решает задачу добычи лития, но и открывает возможности для разработки методов извлечения других ценных ресурсов, что имеет важное значение для устойчивого будущего.
Обеспечьте себе и своим близким комфорт и безопасность, посетите наш интернет-магазин измерительного оборудования pribor-x.ru! Наши специалисты всегда готовы помочь вам с выбором и ответить на все ваши вопросы.
Свяжитесь с нами по почте sales@pribor-x.ru или по телефону 8-800-777-24-67.