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據(jù)外媒報(bào)道，斯坦福大學(xué)(Stanford University)研究人員開(kāi)發(fā)出一項(xiàng)新技術(shù)，可以從鹽水中提取鋰，其成本估計(jì)不到目前主流提取方法的40%，僅為鋰當(dāng)前市場(chǎng)價(jià)格的四分之一。在期刊《Matter》上發(fā)表的論文表明，這項(xiàng)新技術(shù)在水、化學(xué)品和土地利用方面，也將比當(dāng)前技術(shù)更加可靠和可持續(xù)。
傳統(tǒng)上，鋰是從開(kāi)采的巖石中提取的，這種方法比鹽水提取的成本更高、更耗能，而且需要使用有毒化學(xué)品。因此，現(xiàn)在鋰提取的主要方法已轉(zhuǎn)向蒸發(fā)鹽湖鹽水，當(dāng)然這仍需要付出高昂的財(cái)務(wù)和環(huán)境成本。另外，這種方法嚴(yán)重依賴特定的氣候條件，限制了具有商業(yè)價(jià)值的鹽湖數(shù)量，影響鋰行業(yè)滿足日益增長(zhǎng)的需求。
這項(xiàng)新研究報(bào)告了使用“氧化還原偶電透析(RCE)”新方法的結(jié)果，以及成本估算。該研究的資深作者、工程學(xué)院材料科學(xué)與工程教授Yi Cui表示：“這種方法具有效率和成本方面的優(yōu)勢(shì)。這使其成為當(dāng)前提取技術(shù)的有前景替代方案，并可能改變鋰供應(yīng)鏈。”
該團(tuán)隊(duì)的新方法是利用電力，將鋰通過(guò)固態(tài)電解質(zhì)膜從鋰濃度較低的水中轉(zhuǎn)移到濃度更高、高純度的溶液中。系列電芯中的每一個(gè)都可以提高鋰濃度，使最終溶液易于進(jìn)行化學(xué)分離。這種方法的耗電量不到目前鹽水提取技術(shù)所需電量的10%，鋰選擇性幾乎達(dá)到100%，因此非常有效。
這項(xiàng)研究的共同主要作者、Cui實(shí)驗(yàn)室前博士后研究員、現(xiàn)為中國(guó)西安交通大學(xué)教員的Rong Xu表示：“這種方法比傳統(tǒng)的鋰提取技術(shù)更具優(yōu)勢(shì)，提高了其在環(huán)保和低成本鋰生產(chǎn)的可行性。最終，我們希望這種方法能夠明顯推進(jìn)電氣化交通和儲(chǔ)存可再生能源的能力。”
成本和環(huán)境效益
該研究包括一項(xiàng)簡(jiǎn)短的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，以比較當(dāng)前鋰提取與RCE方法的成本。預(yù)計(jì)新方法成本相對(duì)較低，這主要是因?yàn)樗藢?duì)大型太陽(yáng)能蒸發(fā)池的需求，從而降低了建造和維護(hù)成本。新方法使用的電力、水和化學(xué)制劑明顯減少，除了可持續(xù)發(fā)展的優(yōu)勢(shì)，這進(jìn)一步降低了成本。因?yàn)楸苊庀駛鹘y(tǒng)方那樣大量使用土地和消耗水，RCE方法還減少了鋰生產(chǎn)的生態(tài)足跡。
RCE方法適用于各種鹽水，包括鋰、鈉和鉀濃度不同的鹽水。研究實(shí)驗(yàn)表明，新技術(shù)可以從例如石油生產(chǎn)廢水中提取鋰。它有潛力用于從海水中提取鋰(海水的鋰濃度低于鹽水)。目前，通過(guò)傳統(tǒng)方法從海水中提取鋰在商業(yè)上是不可行的。
斯坦福大學(xué)博士后學(xué)者Ge Zhang表示：“迄今為止，主要的競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)都存在明顯的缺點(diǎn)，比如無(wú)法連續(xù)運(yùn)行、能源成本高，或者效率相對(duì)較低。這種方法似乎沒(méi)有這些缺點(diǎn)，它可以持續(xù)運(yùn)營(yíng)，將有助于提供更可靠的鋰供應(yīng)。”
展望未來(lái)
RCE方法的可擴(kuò)展性也令人鼓舞。在設(shè)備規(guī)模增加了四倍的實(shí)驗(yàn)中，RCE方法仍然表現(xiàn)良好，能源效率和鋰選擇性保持在很高的水平。Cui表示：“這表明該方法可以應(yīng)用于工業(yè)規(guī)模，由此成為當(dāng)前提取技術(shù)的可行替代方案。”
然而，該研究強(qiáng)調(diào)了一些有待進(jìn)一步探討的領(lǐng)域。研究人員對(duì)這種方法進(jìn)行了兩個(gè)版本的實(shí)驗(yàn)。其中一種方法提取鋰的速度更快，耗電量也更多。另一種方法速度更慢，用電量更少。與快速提取相比，較慢的提取方法成本更低、膜更穩(wěn)定，可以連續(xù)、長(zhǎng)時(shí)間地提取鋰。而在高電流密度和更快的水流下，薄膜發(fā)生降解，導(dǎo)致效率逐漸降低。盡管這在較慢的提取實(shí)驗(yàn)中并不明顯，但研究人員希望優(yōu)化其設(shè)備設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)更快的提取速度。他們已經(jīng)在測(cè)試其他有前景的薄膜材料。
此外，研究人員在這項(xiàng)研究中并未證明其可以從海水中提取鋰。Zhang表示：“原則上，這種方法也適用于海水，但這種薄膜在海水中可能存在穩(wěn)定性問(wèn)題。”
盡管如此，該團(tuán)隊(duì)仍然非常樂(lè)觀。Xu表示：“隨著研究的深入，我們認(rèn)為這種方法很快就能從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)向大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。”
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