Opkomende technologie kan helpen lithium uit nieuwe bronnen te halen

Naarmate meer bestuurders plug-in hybride en elektrische voertuigen gebruiken, zal de vraag naar lithium-ionbatterijen het komende decennium blijven exploderen. Maar processen voor het extraheren van lithium kunnen tijdrovend en chemisch intensief zijn, en traditionele bronnen, waaronder pekel en hard gesteente, kunnen uiteindelijk uitgeput raken.

Wetenschappers en ingenieurs zijn nu op zoek naar onconventionele waterbronnen, waaronder olie- en gasgeproduceerd water, geothermische pekels en afgekeurde pekels van ontzilting van zeewater. Maar hoeveel lithium er in deze bronnen zit en hoe je het het beste kunt extraheren, blijft een open vraag.

Asst. Docent. Het team van Chong Liu heeft nu het antwoord. Door meer dan 122.000 onconventionele waterbronnen te analyseren, ontdekten zij en haar team dat er in feite genoeg lithium in deze bronnen zit om het de moeite waard te maken om te winnen.

Ze ontdekten ook dat de samenstelling van deze bronnen – de hoeveelheid natrium, magnesium, kalium en calcium – de extractieprestaties van een opkomende technologie kan beïnvloeden, wat belangrijke inzichten oplevert voor het verfijnen en optimaliseren ervan. De resultaten zijn gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences.

“Ik hoop dat deze resultaten anderen zullen aanmoedigen om lithiumextractie te bestuderen, vooral om betere materialen te vinden die de lithiumselectiviteit kunnen verhogen,” zei Liu.

De juiste bronnen en materialen vinden

De technologie die Liu en haar team bestudeerden, is elektrochemische intercalatie, een zeer selectieve methode voor het extraheren van lithium die niet op grote schaal is bestudeerd bij verschillende waterbronnen. De methode maakt gebruik van elektrodematerialen of membranen om ionen uit de waterbron in een vaste structuur te drijven. Het intercalatieproces verwijdert het water van de ionen en de lithiumionen binden aan een materieel raamwerk dat is ontworpen om ze te begunstigen.

Maar deze waterbronnen bevatten ook ionen die qua massa en lading erg lijken op lithiumionen, namelijk natrium, magnesium, kalium en calcium. Het team wilde beter begrijpen hoe het netwerk van deze ionen de elektrochemische intercalatieselectiviteit van lithium beïnvloedt.

Ze ontdekten dat natrium als een concurrent fungeert voor opslagplaatsen binnen het materiële kader, terwijl magnesium en calcium de ladingsoverdracht van lithium kunnen beïnvloeden, wat van invloed is op hoe selectief het materiaal uiteindelijk is.

“Dit toont aan dat de belangrijkste uitdaging van de elektrochemische intercalatiemethode is om de lithiumselectiviteit te verbeteren in vergelijking met natrium”, zegt Liu. “We laten zien dat dit de belangrijkste zorg is die wetenschappers zouden moeten overwegen om verder te gaan.”

Liu hoopt dat deze resultaten wetenschappers en ingenieurs zullen inspireren om materialen te identificeren die de lithiumselectiviteit kunnen verhogen, en zij en haar team bestuderen ook materialen voor dit doel.

“We hebben de speeltuin beter gedefinieerd en nu kunnen meer mensen meedoen en lithiumextractie bestuderen,” zei ze.