Ass. Prof. Chong Liu se laboratorium ontwikkel 'n nuwe tipe elektrode wat waardevolle elemente uit seewater kan onttrek deur 'n proses genaamd elektrochemiese interkalasie te gebruik. Hierdie metode kan een van die mees volhoubare metodes bied om litium op enige plek te onttrek. Krediet: John Zich
Ass. Prof. Chong Liu poog om elektrodes te ontwerp om litium vir batterye uit seewater te versamel.
Daar word beraam dat die verkope van elektriese voertuie teen die einde van die dekade die vraag na litium sal verhoog vyf keer sy huidige vlak. Dié skielike toename laat maatskappye kyk vir nuwe bronne van die waardevolle metaal, maar een wetenskaplike by die Pritzker Skool vir Molekulêre Ingenieurswese by die Universiteit van Chicago glo ons het al die litium wat ons nodig het, en dit wag net van die kus af.
Tans ongeveer 75% van die wêreld se litium kom van 'n bergagtige stuk land wat oor Argentinië, Bolivia en Chili strek, 'n gebied wat die Litium Driehoek genoem word. Daar word die metaal onttrek deur pekelwater in reuse-opelugbekkens te pomp waar dit oor die bestek van 'n jaar verdamp word. Daardie lang proses bied egter 'n groot knelpunt in 'n litium-honger wêreld, en hoewel ander bronne bestaan, kom die meeste teen 'n omgewingskoste.
Ass. Prof. Chong Liu
Om die dreigende tekort te voorkom, het baie lande, insluitend die Verenigde State, is op soek na volhoubare onttrekkingsmetodes vir die in-aanvraag element. Dit is waar Chong Liu, Neubauer-familieassistent-professor by die Pritzker Skool vir Molekulêre Ingenieurswese, inkom.
Liu is 'n materiaalwetenskaplike—sy bestudeer die eienskappe van materie om hoogs gespesialiseerde materiale te skep. Tans ontwikkel haar laboratorium 'n nuwe tipe elektrode wat waardevolle elemente uit seewater kan onttrek deur 'n proses genaamd elektrochemiese interkalasie te gebruik. En hoewel Liu se werk nog in sy vroeë stadiums is, kan dit een van die mees volhoubare metodes bied om litium op enige plek te onttrek.
"Ons groot motivering is om 'n proses te skep wat so omgewingsvriendelik as moontlik is," het Liu gesê. "Aangesien ons 'n elektrochemiese benadering volg, vermy ons die behoefte aan intense hitte of sterk sure heeltemal, en ons kry net die element wat ons wil hê - dit is enkelioon-selektiwiteit."
Dié benadering is een wat die Amerikaanse departement van energie ernstig opneem. Op 2 September is Liu aangewys as een van 13 navorsers om deel van te ontvang 'n fonds van $ 30 miljoen wat daarop gemik is om die land se kritieke materiaalvoorraad vir skoon energietegnologieë te verseker.
“Die uitbreiding van elektriese voertuig-infrastruktuur, die verharding van ons land se elektriese netwerk, en die krag van ons ekonomie Met miljoene skoon energie werk almal staatmaak op die beveiliging van voorsieningskettings van kritieke materiale soos kobalt en platinum,” het die Amerikaanse minister van energie Jennifer M. Granholm gesê. "Die sleutel tot ons koolstofvrye toekoms lê daarin om skoon Amerikaanse nywerhede op te skerp, sterk voorsieningskettingstelsels van Amerikaans-vervaardigde kritieke materiale te bou en die gevolglike klimaattegnologie hier en in die buiteland aggressief te ontplooi."
Die elektrochemiese benadering
Om Liu se metode te verstaan, is dit nuttig om 'n elektromagneet voor te stel. Soortgelyk aan hoe 'n elektromagneet ysterhoudende metaal kan aantrek en versamel, kan Liu se proses litium aantrek en versamel. Daar is geen magnetisme in elektrochemiese interkalasie nie - in plaas daarvan word die ione deur 'n elektriese veld aangetrek - maar die beginsel is soortgelyk. Werkers sal in staat wees om 'n elektrode-skikking in 'n poel seewater te onderdompel, die litium aan te trek en dan die versamelde litium in 'n opgaartenk vry te laat.
"Ons groot motivering is om 'n proses te skep wat so omgewingsvriendelik as moontlik is."
- Prof. Chong Liu
Op molekulêre vlak bereik Liu dit deur hoogs spesifieke elektrodemateriale te ontwerp wat ione na die elektrodes trek, terwyl net sekere elemente vasvang en hulle vasvang.
Daar is egter uitdagings aan hierdie benadering. Omdat litiumkonsentrasie in seewater redelik laag is, ongeveer 0.2 dele per miljoen, sal enige ekstraksietegniek uiters doeltreffend moet wees om litium teen 'n redelike tempo uit te trek. Ook, om hierdie elektrodes op 'n industriële skaal te gebruik, sal hulle van hoogs selektiewe, hoogs duursame materiaal gemaak moet word. Om die beste kandidaat daarvoor te kies, sal tyd neem.
Liu verstaan daardie uitdagings en sy het hulle op ontwerpvlak verantwoord. Haar laboratorium het reeds belowende resultate in die materiaalkeuseproses gesien, wat kandidate beperk het tot 'n paar waarskynlike gesinne, wat sy werk om verder te verfyn met nuwe masjienleertegnieke. Dit is haar hoop dat daar binne die volgende dekade 'n nuwe, ten volle volhoubare stelsel vir die ontginning van litium sal wees.
"Ek verwag ten volle dat ons binne 10, 20 jaar 'n volledige transformasie sal sien in hoe mense en goedere verskuif word," het Liu gesê. "Maar om dit te skep, om klimaatsverandering op 'n ernstige manier aan te spreek, moet ons omgewingsvriendelike metodes vind vir elke aspek van daardie proses, insluitend batteryvervaardiging. Dit is wat ons hoop om te voorsien.”
