Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Επιστημών και Τεχνολογίας King Abdullah (KAUST) στη Σαουδική Αραβία ανέφεραν την ανάπτυξη ενός οικονομικά βιώσιμου συστήματος για την εξαγωγή λιθίου υψηλής καθαρότητας από θαλασσινό νερό.
Αυτό λέγεται ότι καθίσταται εφικτό από ένα ηλεκτροχημικό στοιχείο που περιέχει μια κεραμική μεμβράνη κατασκευασμένη από οξείδιο τιτανίου λιθίου λανθάνιο (LLTO). Η κρυσταλλική δομή του LLTO περιέχει οπές μέσω των οποίων μπορούν να χωρέσουν τα ιόντα λιθίου και να κατευθυνθούν σε έναν ξεχωριστό θάλαμο – από την άλλη πλευρά, τα μεγαλύτερα μεταλλικά ιόντα θα μπλοκαριστούν. “Οι μεμβράνες LLTO δεν έχουν χρησιμοποιηθεί ποτέ για την εξαγωγή και τη συγκέντρωση ιόντων λιθίου στο παρελθόν”, λέει ο προγραμματιστής Zhen Li.
Οι ερευνητές λένε ότι έχουν δοκιμάσει την κυψέλη με θαλασσινό νερό από την Ερυθρά Θάλασσα. Σε τάση λειτουργίας 3,25 βολτ, παρήχθη υδρογόνο στην κάθοδο και αέριο χλώριο στην άνοδο. Νερό που περιέχει λίθιο συσσωρεύεται σε έναν πλευρικό θάλαμο πίσω από τη μεμβράνη LLTO. Μετά από τέσσερις επιπλέον κύκλους επεξεργασίας, αυτό το υγρό είχε φτάσει σε συγκέντρωση λιθίου άνω των 9.000 ppm.
Από αυτή τη λύση, θα πρέπει να είναι δυνατή η λήψη στερεού φωσφορικού λιθίου, το οποίο περιέχει μόνο ίχνη άλλων μεταλλικών ιόντων. Αυτό σημαίνει ότι το υλικό είναι αρκετά καθαρό ώστε να πληροί τις απαιτήσεις των κατασκευαστών μπαταριών, λένε οι Σαουδάραβες.
«Θα συνεχίσουμε να βελτιστοποιούμε τη δομή της μεμβράνης και το σχεδιασμό των κυψελών για να βελτιώσουμε την αποτελεσματικότητα της διαδικασίας», λέει ο επικεφαλής του ομίλου Zhiping Lai. Η ομάδα του ελπίζει επίσης να συνεργαστεί με τη βιομηχανία γυαλιού για την παραγωγή της μεμβράνης LLTO σε μεγάλη κλίμακα και με προσιτό κόστος. Οι ερευνητές δεν παρέχουν λεπτομέρειες σχετικά με το πότε τέτοιες μεμβράνες θα μπορούσαν να είναι διαθέσιμες σε μεγαλύτερες ποσότητες.
Τα σχέδια εξαγωγής λιθίου από θαλασσινό νερό δεν είναι καινούργια. Η IBM Research έχει ήδη κάνει αναφορά για υλικά μπαταριών από θαλασσινό νερό στα τέλη του 2019. Παρόλο που οι ωκεανοί περιέχουν ασύγκριτα περισσότερο λίθιο από τα αποθέματα στην ξηρά, το υλικό εμφανίζεται μόνο σε θαλασσινό νερό σε εξαιρετικά χαμηλές συγκεντρώσεις. Στην έκθεσή της, η KAUST αναφέρει συγκέντρωση λιθίου μόλις 0,2 ppm, ενώ η εμφάνιση λιθίου στους ωκεανούς είναι περίπου 5.000 φορές υψηλότερη από την ξηρά.
Προκειμένου να εξαχθεί αυτό το λίθιο σε μεγαλύτερη κλίμακα, χρειάστηκαν τεράστιες ποσότητες θαλασσινού νερού με τις μεθόδους προηγούμενων ερευνητικών έργων – και έτσι επίσης πολλή ενέργεια για την άντληση αυτών των ποσοτήτων νερού μέσω των εγκαταστάσεων. Η μέθοδος των Σαουδαράβων υποτίθεται ότι λύνει αυτό το πρόβλημα. Σύμφωνα με την έκθεσή τους, εκτιμούν ότι με την ανάπτυξή τους, θα χρειαζόταν μόνο ηλεκτρικό ρεύμα αξίας πέντε δολαρίων για την παραγωγή ενός κιλού φωσφορικού λιθίου. Προστιθέμενα σε αυτό είναι και η αξία του παραγόμενου υδρογόνου και χλωρίου. Επιπλέον, το υπόλοιπο θαλασσινό νερό θα μπορούσε να υποστεί επεξεργασία σε γλυκό νερό σε εγκαταστάσεις αφαλάτωσης.