電動汽車的蓬勃銷售刺激了對鋰日益增長的需求。然而，輕金屬對于制造用于電源封裝的可充電電池非常重要，并且并不豐富。現(xiàn)在，研究人員報告說，在開發(fā)幾乎無限的鋰供應(yīng)方面邁出了重要的一步：鋰是直接從海水中提取的。
首爾國立大學(xué)的化學(xué)工程師張旭(Jang Wook Choi)表示，“這代表著這一領(lǐng)域的重大進展。”他補充說，這種方法也可能有助于從廢電池中回收鋰。
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鋰受到可充電電池的青睞，因為它比其他電池材料儲存更多重量的能量。制造商每年使用超過16萬噸這種材料，預(yù)計在未來十年內(nèi)將增加近10倍。然而，鋰的供應(yīng)有限，集中在少數(shù)幾個國家，這些國家開采金屬或從鹽水中提取金屬。
鋰的稀缺引發(fā)了人們的擔(dān)憂，即未來的短缺可能導(dǎo)致電池價格飆升，阻礙電動汽車和其他依賴鋰的技術(shù)(如特斯拉Powerwalls)的發(fā)展，這些技術(shù)通常用于存儲屋頂太陽能。
海水可以拯救。據(jù)估計，世界海洋中含有1800億噸鋰。但它很薄，大約百萬分之0.2。研究人員設(shè)計了許多過濾器和膜，試圖從海水中選擇性地提取鋰。然而，這些努力依賴于蒸發(fā)大量的水來濃縮鋰，這需要大量的土地使用和時間。到目前為止，還沒有證明這樣的努力是經(jīng)濟的。
Choi和其他研究人員還試圖使用鋰離子電池電極直接從海水和鹽水中提取鋰，而無需先蒸發(fā)水。這些電極由夾層材料組成，設(shè)計用于在電池充電時捕獲和保留鋰離子。在海水中，施加到鋰捕獲電極的負(fù)電壓將鋰離子拉入電極。但是它也吸收鈉，這是一種化學(xué)性質(zhì)相似的元素。海水中鈉的含量約為鋰的10萬倍。如果這兩種元素以相同的速度進入電極，鈉將幾乎完全取代鋰。
為了解決這個問題，由斯坦福大學(xué)材料科學(xué)家崔屹領(lǐng)導(dǎo)的研究人員正在尋找使電極材料更具選擇性的方法。首先，他們在電極上涂上一薄層二氧化鈦作為阻擋層。因為鋰離子比鈉小，所以它們更容易穿過并進入電極夾層。
研究人員還改變了他們控制電壓的方式。他們沒有像其他人一樣給電極施加恒定的負(fù)電壓，而是循環(huán)使用。首先，他們施加負(fù)電壓，然后短暫關(guān)閉。接下來，他們施加正電壓，再次關(guān)閉，然后重復(fù)這個循環(huán)。
崔解釋說，電壓的變化會導(dǎo)致鋰離子和鈉離子進入電極，停止，然后在電流反向時開始向后移動。然而，由于電極材料對鋰的親和力略高于鈉，鋰離子首先進入電極，最后離開。因此，重復(fù)這個循環(huán)可以將鋰集中在電極中。經(jīng)過10次這樣的循環(huán)(僅僅幾分鐘)，崔和他的同事最終得到了鋰鈉比為1比1的結(jié)果，他們在本月的Joule上報道了這一結(jié)果。
芝加哥大學(xué)的材料科學(xué)家劉沖說：“與以前使用電池電極收集鋰的嘗試相比，選擇性至少提高了一倍。”劉沖曾經(jīng)是崔氏實驗室的博士后科學(xué)家。
劉說，這一進展可能仍然不夠便宜，不足以與陸上鋰礦競爭。然而，她說，她的團隊正在嘗試使用其他類型的鋰離子電池電極來提高選擇性。
Choi補充說，這種方法也可能有助于從廢舊電池中回收鋰，賦予金屬第二次生命，并可能提升電動汽車的優(yōu)勢。
關(guān)鍵詞： 研究人員 電動汽車 電極材料 鋰離子電池
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