莱斯大学的研究人员：从左到右依次是冯宇格（Yuge Feng）、丽莎·比斯瓦尔（Lisa Biswal）和尹朴（Yoon Park）

莱斯大学的研究人员团队开发了一种创新的电化学反应器，可以从天然盐水中提取锂，为满足可充电电池中使用的锂不断增长的需求提供了一种有前途的方法。这一突破发表在《美国国家科学院院刊》上，它在可再生能源存储和电动汽车方面具有巨大的潜力。

锂是可再生能源存储和电动汽车电池的关键组成部分，但传统的锂提取方法面临着众多挑战，包括能源需求高以及难以将锂与其他元素分离。

天然卤水（地热环境中发现的咸水）已成为一种有吸引力的锂源，因为传统矿石资源的开采越来越困难且昂贵。然而，这些盐水还含有其他离子，如钠、钾、镁和钙，它们的化学性质与锂非常相似，使得有效分离极具挑战性。

锂和这些其他离子之间的离子大小和电荷的相似性意味着传统的分离技术通常难以实现高选择性，从而导致额外的能源消耗和化学废物。此外，盐水含有高浓度的氯离子，可能导致传统电化学过程中产生有害氯气，进一步增加了提取过程的复杂性和安全性。

由丽莎·比斯瓦尔 （Lisa Biswal）和浩田·王（Haotian Wang）领导的莱斯大学工程团队利用新型三室电化学反应器解决了这些挑战，该反应器提高了从盐水中提取锂的选择性和效率。与传统方法不同，这种新反应器引入了一个包含多孔固体电解质的中间室（想想互连的高速公路），通过控制盐水通过时的离子流来防止这些不需要的反应。

阳离子交换膜充当氯离子的屏障，防止氯离子到达电极区域，在那里它们可以结合产生氯气，从而最大限度地减少有害副产品。实现高选择性锂提取的关键部件在于电解槽另一侧的专用锂离子导电玻璃陶瓷（LICGC）膜，它选择性地允许锂通过，同时阻挡其他离子。

LICGC膜的高离子电导率和选择性对于保持效率至关重要，因为它显着减少了天然盐水中存在的其他离子（如钾、镁和钙）的干扰。尽管LICGC膜通常用于固态锂离子电池，但这种选择性提取锂的应用代表了对该材料的高离子电导率和选择性的新颖且有效的利用。

“我们的方法不仅实现了高纯度的锂，还降低了传统提取方法的环境风险”第一作者、Biswal实验室的研究生Yuge Feng。“我们创建的反应器旨在最大限度地减少副产品的形成，提高锂的选择性”。

该反应堆取得了令人瞩目的成果，其中锂纯度达到97.5%。这意味着该装置可以有效地将锂与盐水中的其他离子分离，这对于生产高质量的氢氧化锂（电池制造的重要材料）至关重要。此外，新的反应器设计显着减少了氯气的产生，使工艺过程更安全、更环保。研究人员表示，它有可能改变从地热盐水等具有挑战性的来源中提取锂的游戏规则。

另一个重要发现与反应堆稳定性随时间变化的挑战有关。研究小组观察到，与钾、镁或钙不同，钠离子倾向于在 LICGC 膜表面积聚，从而阻碍锂传输并增加能量消耗。虽然这种积累可能会影响锂提取的效率，但研究人员确定了缓解这一问题的策略，例如降低电流水平，并建议未来的研究探索表面涂层或电流脉冲以进一步优化反应器。

通过提供一种更清洁、更高效、可能更快的从地热盐水中提取锂的方法，这项研究标志着确保可再生能源技术稳定供应锂的重要一步。