Eine neue Technologie könnte helfen, Lithium aus neuen Quellen zu gewinnen

29.07.2022 - USA

Da immer mehr Autofahrer Plug-in-Hybrid- und Elektrofahrzeuge einsetzen, wird die Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien im nächsten Jahrzehnt weiter explodieren. Die Verfahren zur Gewinnung von Lithium können jedoch zeitaufwändig und chemikalienintensiv sein, und die traditionellen Quellen - einschließlich Sole und Hartgestein - könnten schließlich erschöpft sein.

Wissenschaftler und Ingenieure wenden sich nun unkonventionellen Wasserquellen zu, darunter Wasser aus der Öl- und Gasförderung, geothermische Solen und zurückgeworfene Solen aus der Meerwasserentsalzung. Wie viel Lithium in diesen Quellen enthalten ist und wie man es am besten gewinnt, bleibt jedoch eine offene Frage.

Das Team von Assistenzprofessorin Chong Liu hat jetzt die Antwort gefunden. Durch die Analyse von mehr als 122.000 unkonventionellen Wasserquellen haben sie und ihr Team herausgefunden, dass in diesen Quellen tatsächlich genug Lithium vorhanden ist, um es zu gewinnen.

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Sie fanden auch heraus, dass die Zusammensetzung dieser Quellen - der Gehalt an Natrium, Magnesium, Kalium und Kalzium - die Gewinnungsleistung einer neu entstehenden Technologie beeinflussen kann, was wichtige Erkenntnisse für deren Verfeinerung und Optimierung liefert. Die Ergebnisse wurden in den Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht.

"Ich hoffe, dass diese Ergebnisse andere dazu ermutigen werden, die Lithiumextraktion zu untersuchen, insbesondere um bessere Materialien zu finden, die die Lithiumselektivität erhöhen können", so Liu.

Die Suche nach den richtigen Quellen und Materialien

Bei der von Liu und ihrem Team untersuchten Technologie handelt es sich um die elektrochemische Interkalation, eine hochselektive Methode zur Gewinnung von Lithium, die für verschiedene Wasserquellen noch nicht umfassend untersucht wurde. Bei dieser Methode werden Elektrodenmaterialien oder Membranen verwendet, um Ionen aus der Wasserquelle in eine feste Struktur zu treiben. Durch den Interkalationsprozess wird den Ionen das Wasser entzogen, und die Lithiumionen binden sich an ein Materialgerüst, das so konzipiert wurde, dass es sie begünstigt.

Diese Wasserquellen enthalten jedoch auch Ionen, die den Lithiumionen in Masse und Ladung sehr ähnlich sind, nämlich Natrium, Magnesium, Kalium und Kalzium. Das Team wollte besser verstehen, wie das Netzwerk dieser Ionen die elektrochemische Selektivität der Interkalation von Lithium beeinflusst.

Sie fanden heraus, dass Natrium als Konkurrent um Speicherplätze innerhalb des Materialgerüsts fungiert, während Magnesium und Kalzium den Ladungstransfer von Lithium beeinträchtigen können, was sich darauf auswirkt, wie selektiv das Material letztendlich ist.

"Dies zeigt, dass die größte Herausforderung bei der elektrochemischen Interkalationsmethode darin besteht, die Selektivität von Lithium im Vergleich zu Natrium zu verbessern", sagt Liu. "Wir zeigen, dass dies das Hauptanliegen ist, das die Wissenschaftler in Zukunft berücksichtigen sollten."

Liu hofft, dass diese Ergebnisse Wissenschaftler und Ingenieure dazu inspirieren werden, Materialien zu finden, die die Lithiumselektivität erhöhen können, und sie und ihr Team untersuchen auch Materialien zu diesem Zweck.

"Wir haben den Spielplatz besser definiert, und jetzt können sich mehr Menschen daran beteiligen und die Lithiumextraktion untersuchen", sagte sie.

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