科學家探索高效綠色鋰提取

據《科學》報道，近期發表的一系列研究有望實現鋰的高效、低能耗、綠色提取。

鋰，是如今電動汽車、航空航天等多領域必須的關鍵金屬，因此被稱為“白金”“白色石油”。

然而，世界上鋰資源供不應求。目前大部分鋰來自智利、阿根廷、玻利維亞等地巨大的含鋰鹽水蒸發池。人們通過太陽照射水池導致的水蒸發濃縮鋰離子，然后向其中混合化學物質，使鋰以固體碳酸鋰的形式沉淀出來。這種方法耗時長，蒸發就需要一年多時間，并且蒸發池面積大又設在脆弱的沙漠中，其建造和維護成本高昂。

為解決上述問題，研究人員一直在探索高效、低能耗、綠色開采鋰資源的方法。比如以電解代替太陽光。

事實上，這個想法并不新鮮。電解方法通常設置兩個放置有電極的腔室，一個充滿鹽水，另一個充滿純水。兩個腔室由一個只允許某些離子通過的膜隔開。純水腔室中水分子電解產生氫氣和氫氧根離子。帶負電的氫氧根離子吸引鹽水腔室中帶正電的鋰離子穿過膜。鹽水側產生氧氣。如此循環往復，直至純水腔室的鋰濃縮沉淀出來。

不過這種方法存在兩個弊端，一是裝置需要消耗大量電力，且大部分用在了緩慢的形成氧氣的反應上。二是鹽水腔室會緩慢反應形成有毒氯氣。

為此，美國斯坦福大學材料科學家崔屹等人開發了一種緩解上述問題的方法。即在鋰離子被吸引到純水腔室時，他們捕獲該腔室產生的氫氣并將其輸送到摻有氫氧化鈉的鹽水腔室。這種廉價化合物劑釋放的氫氧根離子，只需要很小的電壓就可以與注入的氫氣反應形成水。該方法使將整個裝置的電力需求減少了80%，并從一開始就防止了氧氣的形成。此外，上述快速反應還可以防止更緩慢的氯氣的形成。相關研究發表于《物質》。

此前，崔屹團隊利用銀電極開發了一種能一邊放電一邊提取鋰的裝置。雖然該裝置提取鋰的速度大約只有上述方法的一半，但增加了碳負性鋰提取的可能性。

此外，美國萊斯大學化學工程師Lisa Biswal和同事開發了一種三腔室裝置，同樣抑制了有毒氯氣的產生。相關研究近期發表于美國《國家科學院院刊》。

研究人員將鹽水腔室設置在兩個裝有電極的純水腔室之間。三個腔室通過離子膜分隔。Biswal說，通電后鋰離子最終會集中在其中一個純水腔室中，離子膜則使氯離子只聚集在中間的鹽水腔室中，從而防止它們遇到純水腔室中的電極形成氯氣。

“如果我們能實現更快、更高效、低能耗采集，那么我們將有足夠的鋰滿足所有需求。”Biswal說。