Ежегодно производители аккумуляторов и керамики закупают свыше 160 000 тонн лития, и в течение ближайших десяти лет к этой цифре прибавится еще один ноль, считают аналитики. Однако запасы лития ограничены, а добыча ведется в основном в Австралии, Чили и Аргентине, либо из руд, либо из соляных растворов. Американские ученые предложили новый метод добычи этого ценного металла в неограниченных масштабах — из морской воды и без экономически невыгодного выпаривания.
Дефицит лития заставляет экспертов прогнозировать рост цен на аккумуляторы и прочие изделия из этого металла. Как следствие, может приостановиться переход на чистую энергетику и транспорт.
Спасением может стать морская вода, в которой содержится 180 млрд тонн лития. Правда, в очень низкой концентрации — примерно 0,2 части на миллион. Существует множество проектов мембран и фильтров для выборочной экстракции лития из морской воды. Однако они требуют выпаривания воды, а значит — больших земельных площадей и времени. На сегодня экономически выгодного способа выпаривания лития не предложено.
Ученые из Стэнфордского университета попытались использовать электроды литий-ионных батарей для получения лития напрямую из морской воды без выпаривания.
Эти слоеные электроды улавливают ионы лития в процессе заряда аккумулятора. Но также они притягивают натрий, химически близкий элемент, которого в морской воде в 100 тыс. раз больше. Если два этих элемента будут одновременно двигаться к электроду с одинаковой скоростью, натрий почти полностью вытеснит литий.
Поэтому исследователи начали искать способ сделать электрод более селективным. Сначала они покрыли его тонким слоем диоксида титана. Поскольку ионы лития меньше ионов натрия, им будет легче добраться до места назначения первыми.
Затем ученые перестали подавать постоянное отрицательное напряжение на электрод. Вместо этого они зациклили его: сначала подали отрицательное напряжение, а потом на короткое время выключили. После чего подали положительное и снова выключили. От этого ионы лития и натрия то начинали двигаться к электроду, то останавливались, то двигались в обратную сторону. Однако, поскольку материал, из которого изготовлен электрод, имеет чуть большее сходство с литием, ионы лития получают преимущество. Они первыми начинают двигаться к электроду и последними — от него.
В итоге, через десять циклов, которые заняли всего несколько минут, ученые получили равное соотношение натрия и лития. Это как минимум вдвое лучше, чем прошлые попытки создания устройства для добычи лития из морской воды.
