2021年12月30日最新消息:海水可以提供几乎无限的关键电池材料

导读 电动汽车的蓬勃发展刺激了对锂的需求。然而，轻金属对于制造用于电源封装的可充电电池非常重要，并且并不丰富。现在，研究人员报告说，在开

电动汽车的蓬勃发展刺激了对锂的需求。然而，轻金属对于制造用于电源封装的可充电电池非常重要，并且并不丰富。现在，研究人员报告说，在开发几乎无限的锂供应方面已经迈出了重要的一步：直接从海水中提取锂。

首尔国立大学的化学工程师张旭(Jang Wook Choi)表示，“这代表着这一领域的重大进展。”他补充说，这种方法也可能有助于从废电池中回收锂。

锂可充电电池之所以受欢迎，是因为它比其他电池材料储存的能量更重。制造商每年使用这种材料超过16万吨，预计这一数字在未来十年将增加近10倍。然而，锂的供应有限，集中在少数几个国家，这些国家开采金属或从盐水中提取金属。

锂的稀缺引起了人们的担忧，未来的短缺可能会导致电池价格飙升，阻碍电动汽车和其他依赖锂的技术(如特斯拉Powerwalls)的发展，这些技术通常用于在屋顶储存太阳能。

海水是可以节约的。据估计，世界海洋中含有1800亿吨锂。但很少见，大约百万分之0.2。研究人员设计了许多过滤器和膜，试图选择性地从海水中提取锂。但是这些努力依赖于蒸发大量的水来浓缩锂，这需要大量的土地使用和时间。到目前为止，还没有证明这种努力是经济的。

Choi和其他研究人员还试图使用锂离子电池电极直接从海水和盐水中提取锂，而无需先蒸发水。这些电极由夹层状层状材料组成，设计用于在电池充电时捕获和保存锂离子。在海水中，施加在锂电极上的负电压将锂离子拉入电极。但是它也吸收钠，这是一种化学性质相似的元素。海水中的钠含量大约是锂的10万倍。如果这两种元素以相同的速度进入电极，那么钠将几乎完全排除锂。

为了解决这个问题，由斯坦福大学材料科学家崔屹领导的研究人员正在寻找使电极材料更具选择性的方法。首先，他们在电极上涂上一薄层二氧化钛作为阻挡层。因为锂离子比钠小，所以它们更容易穿过并进入电极夹层。

研究人员还改变了他们控制电压的方式。他们没有像其他人一样给电极施加恒定的负电压，而是循环使用。首先，他们施加负电压，然后短暂关闭。接下来，他们施加正电压，再次关闭，然后重复这个循环。

崔解释说，电压的变化会导致锂离子和钠离子进入电极，停止，然后在电流反向时开始向后移动。但由于电极材料对锂的亲和力略高于钠，锂离子首先进入电极，最后离开。因此，重复这个循环可以将锂集中在电极中。经过10次这样的循环(仅仅几分钟)，崔和他的同事最终得到了锂钠比为1比1的结果，他们在本月的Joule上报道了这一结果。

芝加哥大学的材料科学家刘冲说：“与以前用电池电极收集锂的尝试相比，选择性至少提高了一倍。”刘冲曾经是崔氏实验室的博士后科学家。

刘说，这一进展可能仍然不够便宜，不足以与陆上锂矿竞争。然而，她说，她的团队正在尝试使用其他类型的锂离子电池电极来提高选择性。

Choi补充说，这种方法也可能有助于从废电池中回收锂，使金属具有第二种活力，并可能增强电动汽车的优势。