南京大學(xué)發(fā)明海水中提取金屬鋰技術(shù)

近日，南京大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)明了從海水中提取金屬鋰技術(shù)。該校何平教授和周豪慎教授提出一種以太陽(yáng)能為驅(qū)動(dòng)能，基于組合電解液思路和離子選擇性固體薄膜的恒流電解技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)從海水中提取金屬鋰單質(zhì)。該技術(shù)的問(wèn)世為海洋鋰資源開(kāi)發(fā)和太陽(yáng)能向化學(xué)能的轉(zhuǎn)化存儲(chǔ)開(kāi)辟了全新的道路。
　　隨著電動(dòng)汽車(chē)及便攜式電子設(shè)備的普及，鋰電池市場(chǎng)的規(guī)模大幅增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)未來(lái)30年將消耗目前全球可開(kāi)采鋰儲(chǔ)量的1/3，這將導(dǎo)致未來(lái)鋰資源供給不足的問(wèn)題。目前全球可開(kāi)采鋰儲(chǔ)量均來(lái)自于礦石和鹵水，共計(jì)約1400萬(wàn)噸。相較于陸地上礦石和鹵水中有限的鋰資源，海水中儲(chǔ)有2300億噸的鋰資源，是目前全球可開(kāi)采鋰資源總量的16000倍。因此，如果實(shí)現(xiàn)從海水中簡(jiǎn)便、可控和清潔提取鋰，人類(lèi)將獲得幾乎取之不盡用之不竭的鋰資源。
　　盡管海水中含有極為豐富的鋰資源，但是海水中的鋰濃度很低，這就導(dǎo)致了很難從海水中提取鋰。研究人員提出了很多解決方案，其中包括了吸附法和電滲析法。吸附法是通過(guò)一些氫化金屬氧化物以氫離子和鋰離子的交換機(jī)制實(shí)現(xiàn)從海水中吸附鋰元素。電滲析法是通過(guò)外加電場(chǎng)促使海水中的陰陽(yáng)離子定向移動(dòng)，再通過(guò)選擇性透過(guò)膜實(shí)現(xiàn)鋰離子的富集?，F(xiàn)有的海水提鋰技術(shù)提取速率慢且不易調(diào)控，得到的初次提取物需要進(jìn)一步處理才能獲得金屬鋰或純凈的鋰化合物。因此，現(xiàn)有的海水提鋰技術(shù)可能無(wú)法滿足未來(lái)諸如鋰-硫電池和鋰-空氣電池在內(nèi)的新型鋰電池技術(shù)對(duì)鋰資源的大量需求。
　　近日，該研究團(tuán)隊(duì)將組合電解液的策略應(yīng)用于海水提取金屬鋰技術(shù)中。該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的組合電解液由陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū)組合而成。陰極區(qū)為氬氣氣氛保護(hù)的鋰離子有機(jī)電解液，以浸入電解液的銅箔為陰極;陽(yáng)極區(qū)以海水為工作電解液，以Ru@ Super P催化電極為陽(yáng)極。使用鋰離子固態(tài)電解質(zhì)陶瓷膜作為鋰離子選擇性透過(guò)膜，分隔開(kāi)陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū)，該陶瓷膜僅允許鋰離子通過(guò)。采用自行設(shè)計(jì)的微型可調(diào)諧太陽(yáng)能板恒流電源向陰極和陽(yáng)極之間施加恒定電流，使陽(yáng)極區(qū)海水中的鋰離子源源不斷的通過(guò)固體陶瓷膜，在陰極銅片表面還原生成金屬鋰單質(zhì)，成功實(shí)現(xiàn)從海水中提取金屬鋰單質(zhì)。