改进电极让大海“捞”锂更高效

仙仙

随着电动汽车行业的蓬勃发展，市场对锂的需求不断增长。这种轻金属是制造大功率可充电电池的关键，但其储备量不够丰富一直是个问题。近日，一项来自美国斯坦福大学的研究向锂资源的无限供应迈出了重要一步，其研究人员正在尝试直接从海水中提取锂。


相对于其他电池材料，锂可以在同等重量单位下存储更多能量。每年，制造锂电池的厂商可消耗16万吨原材料，未来十年，这一需求量将增长近十倍。


海水中的锂资源相当可观，全球海洋中包含的锂约有1800亿吨。问题在于海水中锂的浓度非常稀，约为百万分之0.2。研究人员设计了各种各样的过滤器和膜，以便有针对性地从海水中提取锂。但目前为止相关技术都需要大量蒸发海水以提高锂的浓度，算上占用的土地和花费的时间，该方法并不划算。


也有科学家尝试把锂电池电极放到海水中，利用电极上的负电压提锂。但海水中还存在大量的钠，提锂过程中往往会掺入大量的钠，甚至挤占锂的提取空间。


在本月《焦耳》刊发的研究中，斯坦福大学教授崔屹团队提出了一种针对性更强的提锂方法。他们在电极上涂覆一层薄薄的二氧化钛，锂离子比钠离子体积小，所以更易穿过薄膜进入电极。


团队还改变了控制电压的方法。他们采取了一种循环的方式：先施加负电压，然后暂时关闭，接着再施加正电压，再关闭，如此循环往复，几分钟内可重复十次。


如此设计是因为电压变化也会影响锂离子和钠离子向电极靠拢。采用对锂亲和力更高的电极材料后，锂离子会比钠离子更早进入电极，也会更晚离开电极。数次循环过后，锂就能集中在电极里。最终，研究者得到了钠锂比1：1的结果。


接受《科学》采访时，韩国首尔国立大学化学工程师崔长旭如此点评这项研究，“这项技术意味着该领域研究取得了一项实质性进步”，并指出该技术对废旧电池中的锂资源回收可能也有帮助。


也有学者指出，和在陆地上开采锂资源相比，这种方式的成本不低。一些研究团队正尝试对电极做改进，试图拓宽其选择范围，降低成本。（袁柳）