В ходе исследования было установлено, что пути ионов, позволяющие литию проникать сквозь слоистые материалы, определяются взаимодействием двух сил.
Читайте далее: США возобновляют внутреннее обогащение урана за счет инвестиций в ядерное топливо в размере 1,07 миллиарда долларов.
Американские исследователи разработали новый метод извлечения 99%-ного чистого лития из раствора, в котором соотношение натрия и лития составляло 1000 к 1.
Группа исследователей из Притцкеровской школы молекулярной инженерии Чикагского университета обнаружила, что электрохимическая интеркаляция может быть использована для извлечения лития из критически важного материала батарей.
Этот метод, широко распространенный в мире батарей и суперконденсаторов, заключается в применении электричества для внедрения ионов между слоями другого материала.
Методы извлечения, применяемые в реальных условиях
Использование этого метода для извлечения веществ из воды позволяет создавать фильтры с принудительной подачей, в которых электрические токи протягивают заряженные ионы лития по микроскопическим каналам. Однако каналы, пропускающие ионы лития, также пропускают и другие ионы, включая гораздо более распространенный ион натрия.
В ходе исследования было установлено, что пути ионов, позволяющие литию проникать через слоистые материалы – в данном случае, оксид кобальта – определяются взаимодействием двух сил. По мнению исследователей, это представляет собой как прогресс в фундаментальной науке, так и перспективный путь для разработки новых, практически применимых методов извлечения ионов.
Цель состоит в разработке материалов, способных избирательно отделять литий.
«Наша цель — разработать материалы, способные избирательно отделять литий от других солей», — сказал первый автор статьи, бывший аспирант Чикагского университета по специальности «Педагогика и микроэнергетика» Грант Хилл, доктор философии (выпуск 2024 года).
«В этом классе материалов главным конкурентом является натрий, поскольку они химически очень похожи по заряду и размеру».
Аккумуляторы являются основными рабочими лошадками глобального перехода от ископаемого топлива, но методы добычи лития, распространенного материала для аккумуляторов, далеки от экологичности. Для их производства требуются огромные количества кислоты для расплавления обожженной сподуменовой руды или огромные рассольные ямы для извлечения миллионов галлонов соленой воды из глубоких недр земли и ее сушки на солнце.
«Мы знаем, что существуют две параллельные реакции, которые всегда будут происходить одновременно», — сказал доцент кафедры физики, микроэнергетики Чикагского университета Чонг Лю, ведущий автор новой работы. «Одна из них обусловлена зарядом, возникающим при подаче тока в материал. Другая заключается в том, что материалы естественным образом достигают равновесия».
Хилл описывает ионные пути как автомагистраль, окруженную парковками.
«В начале процесса у каждого иона лития много свободных мест рядом с ним, и когда добавляется натрий, он в конечном итоге сжимает все эти литиевые места, расположенные рядом друг с другом», — сказал Хилл. «В тех областях материала, где литий наиболее пригоден для связывания, все свободные места заняты».
Для преодоления этой проблемы потребовалось оптимизировать размер частиц ионов лития и найти баланс между двумя конкурирующими реакциями. Первая из двух реакций — это сама интеркаляция, вызванная использованием исследователями электрического тока для добавления ионов между слоями. Это как движение транспорта по шоссе. Вторая — это ионный обмен, когда конкурирующие ионы натрия и лития достигают равновесия, то есть скорость, с которой ионы «притягиваются» на метафорическую парковку, согласно пресс-релизу.
Равновесие достигается с собственной скоростью, но исследователи могут определять, как быстро они закачивают ионы. Это означает, что они могут установить «скорость» первой реакции на один из трех вариантов: быстрее, медленнее или такой же, как скорость второй реакции, согласно пресс-релизу.
«Мы обнаружили, что три режима ведут себя совершенно по-разному, и дело лишь в том, что если дать достаточно времени ионному обмену, чтобы он совпал с интеркаляцией, то можно наблюдать такую обратимую реакцию материала», — сказал Лю.
Исследователи выяснили, что медленное введение ионов и подбор идеального размера частиц позволили добиться такой обратимости процесса.
Больше новостей из мира энергетики
Посмотреть все 
EnergyUS возобновляет внутреннее обогащение урана за счет инвестиций в ядерное топливо в размере 1,07 миллиарда долларов.
Sourse: interestingengineering.com
