доц. Лабораторія професора Чон Лю розробляє новий тип електрода, який може витягувати цінні елементи з морської води за допомогою процесу, що називається електрохімічною інтеркаляцією. Цей метод може стати одним із найбільш стійких методів видобутку літію будь-де. Авторство: Джон Зіч
доц. Професор Чон Лю прагне розробити електроди для збору літію для акумуляторів із морської води.
За оцінками, до кінця десятиліття продажі електромобілів підвищать попит на літій у п'ять разів перевищує поточний рівень. Таке раптове зростання змусило компанії шукати для нових джерел цінного металу, але один учений Прітцкерівської школи молекулярної інженерії в Чиказький університет вважає, що у нас є весь необхідний літій, і він чекає біля берега.
В даний час близько 75% літію у світі походить з гірської ділянки землі, що розрізняє Аргентину, Болівію та Чилі, району під назвою Літієвий трикутник. Там метал видобувають шляхом закачування розсолу у гігантські басейни під відкритим небом, де він випаровується протягом року. Однак цей тривалий процес є головним вузьким місцем у голодному до літію світі, і хоча існують інші джерела, більшість з них мають екологічні витрати.
доц. Проф. Чонг Лю
Щоб запобігти дефіциту, що насувається, багато країн, у тому числі Сполучені Штати, шукають стійкі методи видобутку затребуваного елемента. Ось тут і з’являється Чонг Лю, доцент сім’ї Нойбауер Прітцкерівської школи молекулярної інженерії.
Лю — матеріалознавець — вона вивчає властивості матерії, щоб створювати вузькоспеціалізовані матеріали. Наразі її лабораторія розробляє новий тип електрода, який може витягувати цінні елементи з морської води за допомогою процесу, що називається електрохімічною інтеркаляцією. І хоча робота Лю все ще знаходиться на початковій стадії, вона може стати одним із найбільш стійких методів видобутку літію будь-де.
«Наша головна мотивація полягає в тому, щоб створити процес, який буде максимально безпечним для навколишнього середовища», — сказав Лю. «Оскільки ми використовуємо електрохімічний підхід, ми повністю уникаємо потреби в інтенсивному нагріванні або сильних кислотах, і ми отримуємо лише той елемент, який нам потрібен — це селективність по одному іону».
Міністерство енергетики США сприймає цей підхід серйозно. 2 вересня Лю назвали одним із 13 дослідників, які отримали участь фонд у 30 мільйони доларів спрямований на забезпечення постачання нації критично важливих матеріалів для технологій чистої енергії.
«Розширення інфраструктури електромобілів, зміцнення електричної мережі нашої країни та живлення наших економіка усі мільйони робочих місць у сфері чистої енергетики покладаються на надійність ланцюгів постачання таких критично важливих матеріалів, як кобальт і платина», — сказала міністр енергетики США Дженніфер М. Гранхольм. «Ключ до нашого безвуглецевого майбутнього полягає в нарощуванні екологічно чистих американських промислових підприємств, розбудові потужних систем постачання важливих матеріалів американського виробництва та агресивному впровадженні кліматичних технологій тут і за кордоном».
Електрохімічний підхід
Щоб зрозуміти метод Лю, корисно уявити собі електромагніт. Подібно до того, як електромагніт може притягувати та збирати чорні метали, процес Лю може притягувати та збирати літій. В електрохімічній інтеркаляції немає магнетизму — натомість іони притягуються електричним полем, але принцип подібний. Робітники зможуть занурити масив електродів у водойму з морською водою, залучити літій, а потім випустити зібраний літій у резервуар для зберігання.
«Наша головна мотивація — створити процес, який буде максимально безпечним для навколишнього середовища».
- Проф. Чонг Лю
На молекулярному рівні Лю досягає цього, розробляючи дуже специфічні електродні матеріали, які притягують іони до електродів, захоплюючи лише певні елементи, захоплюючи їх.
Однак у цього підходу є проблеми. Оскільки концентрація літію в морській воді досить низька, приблизно 0.2 частини на мільйон, будь-яка техніка екстракції повинна бути надзвичайно ефективною, щоб витягти літій з розумною швидкістю. Крім того, щоб використовувати ці електроди в промислових масштабах, вони повинні бути виготовлені з високоселективного, високоміцного матеріалу. Вибір найкращого кандидата для цього займе час.
Лю розуміє ці проблеми, і вона врахувала їх на рівні проектування. Її лабораторія вже побачила багатообіцяючі результати в процесі відбору матеріалів, звузивши коло кандидатів до кількох вірогідних сімейств, які вона працює над удосконаленням за допомогою нових методів машинного навчання. Вона сподівається, що протягом наступного десятиліття з’явиться нова, повністю стійка система видобутку літію.
«Я цілком сподіваюся, що протягом 10-20 років ми побачимо повну трансформацію в тому, як переміщуються люди та товари», — сказав Лю. «Але щоб створити це, щоб серйозно боротися зі зміною клімату, нам потрібно знайти екологічно чисті методи для кожного аспекту цього процесу, включаючи виробництво акумуляторів. Це те, що ми сподіваємося забезпечити».
