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隨著電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的蓬勃發(fā)展,市場(chǎng)對(duì)鋰的需求不斷增長(zhǎng)。這種輕金屬是制造大功率可充電電池的關(guān)鍵,但其儲(chǔ)備量不夠豐富一直是個(gè)問(wèn)題。近日,一項(xiàng)來(lái)自美國(guó)斯坦福大學(xué)的研究向鋰資源的無(wú)限供應(yīng)邁出了重要一步,其研究人員正在嘗試直接從海水中提取鋰。
相對(duì)于其他電池材料,鋰可以在同等重量單位下存儲(chǔ)更多能量。每年,制造鋰電池的廠(chǎng)商可消耗16萬(wàn)噸原材料,未來(lái)十年,這一需求量將增長(zhǎng)近十倍。
海水中的鋰資源相當(dāng)可觀(guān),全球海洋中包含的鋰約有1800億噸。問(wèn)題在于海水中鋰的濃度非常稀,約為百萬(wàn)分之0.2。研究人員設(shè)計(jì)了各種各樣的過(guò)濾器和膜,以便有針對(duì)性地從海水中提取鋰。但目前為止相關(guān)技術(shù)都需要大量蒸發(fā)海水以提高鋰的濃度,算上占用的土地和花費(fèi)的時(shí)間,該方法并不劃算。
也有科學(xué)家嘗試把鋰電池電極放到海水中,利用電極上的負(fù)電壓提鋰。但海水中還存在大量的鈉,提鋰過(guò)程中往往會(huì)摻入大量的鈉,甚至擠占鋰的提取空間。
在本月《焦耳》刊發(fā)的研究中,斯坦福大學(xué)教授崔屹團(tuán)隊(duì)提出了一種針對(duì)性更強(qiáng)的提鋰方法。他們?cè)陔姌O上涂覆一層薄薄的二氧化鈦,鋰離子比鈉離子體積小,所以更易穿過(guò)薄膜進(jìn)入電極。
團(tuán)隊(duì)還改變了控制電壓的方法。他們采取了一種循環(huán)的方式:先施加負(fù)電壓,然后暫時(shí)關(guān)閉,接著再施加正電壓,再關(guān)閉,如此循環(huán)往復(fù),幾分鐘內(nèi)可重復(fù)十次。
如此設(shè)計(jì)是因?yàn)殡妷鹤兓矔?huì)影響鋰離子和鈉離子向電極靠攏。采用對(duì)鋰親和力更高的電極材料后,鋰離子會(huì)比鈉離子更早進(jìn)入電極,也會(huì)更晚離開(kāi)電極。數(shù)次循環(huán)過(guò)后,鋰就能集中在電極里。最終,研究者得到了鈉鋰比1:1的結(jié)果。
接受《科學(xué)》采訪(fǎng)時(shí),韓國(guó)首爾國(guó)立大學(xué)化學(xué)工程師崔長(zhǎng)旭如此點(diǎn)評(píng)這項(xiàng)研究,“這項(xiàng)技術(shù)意味著該領(lǐng)域研究取得了一項(xiàng)實(shí)質(zhì)性進(jìn)步”,并指出該技術(shù)對(duì)廢舊電池中的鋰資源回收可能也有幫助。
也有學(xué)者指出,和在陸地上開(kāi)采鋰資源相比,這種方式的成本不低。一些研究團(tuán)隊(duì)正嘗試對(duì)電極做改進(jìn),試圖拓寬其選擇范圍,降低成本。(袁柳)
