4 okt. 2021
2 minuten
De oceanen bevatten ongeveer 5.000 keer meer lithium dan het land, maar in extreem lage concentraties van ongeveer 0,2 ppm. Grotere ionen, waaronder natrium, magnesium en kalium, zijn allemaal in veel hogere concentraties in zeewater aanwezig. Eerdere onderzoeksinspanningen om lithium uit dit mengsel te halen, hebben weinig opgeleverd, maar nu hebben onderzoekers een economisch levensvatbaar systeem ontwikkeld dat lithium met een hoge zuiverheid uit zeewater kan extraheren.
De vondst is gepubliceerd in Science.
Het team van de King Abdullah University of Science and Technology in Saoedi-Arabië (Kaust) loste het probleem op met een elektrochemische cel met een keramisch membraan gemaakt van lithiumlanthaan-titaanoxide (LLTO). De kristalstructuur bevat gaten die net breed genoeg zijn om lithiumionen door te laten en grotere metaalionen te blokkeren. "LLTO-membranen zijn nog nooit eerder gebruikt om lithiumionen te extraheren en te concentreren", zegt postdoc Zhen Li, die de cel ontwikkelde.
De cel bevat drie compartimenten. Zeewater stroomt in een centrale voedingskamer, waar positieve lithiumionen door het LLTO-membraan gaan naar een zijcompartiment dat een bufferoplossing en een koperen kathode gecoat met platina en ruthenium bevat. Ondertussen verlaten negatieve ionen de voedingskamer via een standaard anionenuitwisselingsmembraan en gaan ze naar een derde compartiment dat een natriumchloride-oplossing en een platina-rutheniumanode bevat.
De onderzoekers testten het systeem met zeewater uit de Rode Zee. Bij een spanning van 3,25V genereert de cel waterstofgas aan de kathode en chloorgas aan de anode. Dit drijft het transport van lithium door het LLTO-membraan, waar het zich ophoopt in de zijkamer. Dit met lithium verrijkte water wordt vervolgens de grondstof voor nog vier verwerkingscycli, waarbij uiteindelijk een concentratie van meer dan 9.000 ppm wordt bereikt. Het aanpassen van de pH van deze oplossing levert vast lithiumfosfaat op dat slechts sporen van andere metaalionen bevat – zuiver genoeg om aan de eisen van batterijfabrikanten te voldoen.
De onderzoekers schatten dat de cel slechts $ 5 aan elektriciteit nodig zou hebben om 1 kilogram lithium uit zeewater te halen. De waarde van waterstof en chloor die door de cel worden geproduceerd, zou deze kosten ruimschoots compenseren, en het resterende zeewater zou ook in ontziltingsinstallaties kunnen worden gebruikt om zoet water te leveren.
"We zullen de membraanstructuur en het celontwerp verder optimaliseren om de procesefficiëntie te verbeteren", zegt groepsleider Zhiping Lai. Zijn team hoopt ook samen te werken met de glasindustrie om het LLTO-membraan op grote schaal en tegen betaalbare kosten te produceren.
Anderen lazen ook
