南京大學發(fā)明海水中提取金屬鋰技術(shù)

近日，南京大學的研究團隊發(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能為驅(qū)動能，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)，成功實現(xiàn)從海水中提取金屬鋰單質(zhì)。該技術(shù)的問世為海洋鋰資源開發(fā)和太陽能向化學能的轉(zhuǎn)化存儲開辟了全新的道路。
　　隨著電動汽車及便攜式電子設備的普及，鋰電池市場的規(guī)模大幅增長，預計未來30年將消耗目前全球可開采鋰儲量的1/3，這將導致未來鋰資源供給不足的問題。目前全球可開采鋰儲量均來自于礦石和鹵水，共計約1400萬噸。相較于陸地上礦石和鹵水中有限的鋰資源，海水中儲有2300億噸的鋰資源，是目前全球可開采鋰資源總量的16000倍。因此，如果實現(xiàn)從海水中簡便、可控和清潔提取鋰，人類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。吸附法是通過一些氫化金屬氧化物以氫離子和鋰離子的交換機制實現(xiàn)從海水中吸附鋰元素。電滲析法是通過外加電場促使海水中的陰陽離子定向移動，再通過選擇性透過膜實現(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)可能無法滿足未來諸如鋰-硫電池和鋰-空氣電池在內(nèi)的新型鋰電池技術(shù)對鋰資源的大量需求。
　　近日，該研究團隊將組合電解液的策略應用于海水提取金屬鋰技術(shù)中。該團隊設計的組合電解液由陰極區(qū)和陽極區(qū)組合而成。陰極區(qū)為氬氣氣氛保護的鋰離子有機電解液，以浸入電解液的銅箔為陰極;陽極區(qū)以海水為工作電解液，以Ru@ Super P催化電極為陽極。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膜，分隔開陰極區(qū)和陽極區(qū)，該陶瓷膜僅允許鋰離子通過。采用自行設計的微型可調(diào)諧太陽能板恒流電源向陰極和陽極之間施加恒定電流，使陽極區(qū)海水中的鋰離子源源不斷的通過固體陶瓷膜，在陰極銅片表面還原生成金屬鋰單質(zhì)，成功實現(xiàn)從海水中提取金屬鋰單質(zhì)。