Асс. Лаборатория профессора Чонг Лю разрабатывает новый тип электрода, который может извлекать ценные элементы из морской воды с помощью процесса, называемого электрохимической интеркаляцией. Этот метод может стать одним из самых устойчивых методов извлечения лития в любом месте. Предоставлено: Джон Зич.
Асс. Профессор Чонг Лю стремится разработать электроды для сбора лития для батарей из морской воды.
Подсчитано, что к концу десятилетия продажи электромобилей приведут к увеличению спроса на литий. в пять раз больше текущего уровня. Это внезапное увеличение заставляет компании искать для новых источников ценного металла, но один ученый из Притцкеровской школы молекулярной инженерии в Чикагский университет считает, что у нас есть весь необходимый нам литий, и он ждет недалеко от берега.
В настоящее время около 75% мирового лития происходит из гористой местности, охватывающей Аргентину, Боливию и Чили, области, называемой Литиевым треугольником. Там металл добывают, закачивая рассол в гигантские бассейны под открытым небом, где он испаряется в течение года. Однако этот длительный процесс представляет собой серьезное узкое место в мире, где не хватает лития, и, хотя другие источники действительно существуют, большинство из них связано с экологическими издержками.
Асс. Проф. Чонг Лю
Чтобы предотвратить надвигающийся дефицит, многие страны, в том числе США, ищут устойчивые методы добычи востребованного элемента. И тут на помощь приходит Чонг Лю, доцент семьи Нойбауэр в Притцкерской школе молекулярной инженерии.
Лю - материаловед - она изучает свойства материи, чтобы создавать узкоспециализированные материалы. В настоящее время ее лаборатория разрабатывает новый тип электрода, который может извлекать ценные элементы из морской воды с помощью процесса, называемого электрохимической интеркаляцией. И хотя работа Лю все еще находится на начальной стадии, она может представить один из самых устойчивых методов извлечения лития в любом месте.
«Наша главная мотивация - создать процесс, максимально безвредный для окружающей среды», - сказал Лю. «Поскольку мы применяем электрохимический подход, мы полностью избегаем необходимости в интенсивном нагревании или сильных кислотах и получаем только тот элемент, который нам нужен - это селективность по одному иону».
К такому подходу серьезно относится Министерство энергетики США. 2 сентября Лю был назван одним из 13 исследователей, получивших часть фонд в 30 миллионов долларов направлен на обеспечение поставок критически важных материалов в стране для экологически чистых энергетических технологий.
«Расширение инфраструктуры электромобилей, укрепление электросети нашей страны и обеспечение энергией наших экономику с миллионами рабочих мест в области экологически чистой энергетики, все они зависят от безопасности цепочек поставок критически важных материалов, таких как кобальт и платина», — сказала министр энергетики США Дженнифер М. Грэнхольм. «Ключ к нашему безуглеродному будущему заключается в наращивании чистой американской промышленности, создании надежных систем цепочки поставок критически важных материалов американского производства и активном развертывании полученных климатических технологий здесь и за рубежом».
Электрохимический подход
Чтобы понять метод Лю, полезно представить себе электромагнит. Подобно тому, как электромагнит может притягивать и собирать черный металл, процесс Лю может притягивать и собирать литий. В электрохимической интеркаляции нет магнетизма - вместо этого ионы притягиваются электрическим полем, но принцип аналогичен. Рабочие смогут погрузить электродную решетку в бассейн с морской водой, привлечь литий, а затем выпустить собранный литий в резервуар для хранения.
«Наша главная мотивация - создать процесс, который будет максимально экологически безопасным».
- Проф. Чонг Лю
На молекулярном уровне Лю достигает этого, создавая высокоспецифичные электродные материалы, которые притягивают ионы к электродам, улавливая только определенные элементы.
Однако у этого подхода есть проблемы. Поскольку концентрация лития в морской воде довольно низка, около 0.2 частей на миллион, любой метод извлечения должен быть чрезвычайно эффективным, чтобы извлекать литий с разумной скоростью. Кроме того, чтобы использовать эти электроды в промышленных масштабах, они должны быть изготовлены из высокоселективного и очень прочного материала. Выбор лучшего кандидата для этого займет время.
Лю понимает эти проблемы и учитывает их на уровне дизайна. Ее лаборатория уже добилась многообещающих результатов в процессе отбора материалов, сужая кандидатов до нескольких вероятных семей, которые она работает над дальнейшим совершенствованием с помощью новых методов машинного обучения. Она надеется, что в течение следующего десятилетия появится новая, полностью устойчивая система добычи лития.
«Я полностью ожидаю, что в течение 10-20 лет мы увидим полную трансформацию в том, как перемещаются люди и товары», - сказал Лю. «Но для его создания и серьезного решения проблемы изменения климата нам необходимо найти экологически безопасные методы для каждого аспекта этого процесса, включая производство аккумуляторов. Это то, что мы надеемся предоставить ».
