Китайские ученые модифицировали электродный материал LiMn2O4 для избирательного извлечения лития из рассолов путем добавления наночастиц оксида олова. Модификация электрода позволила увеличить эффективность выделения лития более чем в полтора раза. Эта технология может ускорить процесс добычи лития и увеличить ее объемы. Исследование опубликовано в журнале Industrial Chemistry & Materials.
Литий — критически важный элемент, который широко используется не только в литий-ионных аккумуляторах, но и в металлургии, энергетике и других сферах. Один из основных методов получения лития — выделение из рассолов, природных растворов, содержащих литий и другие химические элементы (магний, кальций, калий и другие). При получении лития из рассолов серьезную проблему представляет собой разделение ионов лития и ионов сопутствующих металлов.
Для выделения лития можно использовать различные физико-химические методы, в том числе электрохимические. Электрохимические методы основаны на приложении электрического поля определенной напряженности и избирательном осаждении ионов лития на материалах электродов. Такие методы извлечения лития из рассолов особенно выгодны благодаря своей простоте, высокой эффективности извлечения и экономичности. Их использование позволяет повысить устойчивость производства лития, обеспечить более стабильную цепочку поставок, а также снизить энергопотребление и выбросы углекислого газа в процессе производства. Актуальной задачей становится разработка электродных материалов с лучшей селективностью и стабильностью для извлечения лития.
В настоящее время в качестве электродного материала для выделения лития используется LiMn2O4 (LMO), отличающийся высокой избирательностью по отношению к ионам лития. На селективность по отношению к ионам лития в первую очередь влияет разница в размерах между ионами лития и ионами других металлов, присутствующих в растворе. Однако LMO обладает низкой циклической стабильностью, и существует разрыв между фактической производительностью по извлечению лития и теоретической производительностью, что накладывает ограничения на его применение.
Группа китайских исследователей модифицировала электродный материал LiMn2O4, добавив наночастицы оксида олова SnO2. Это позволило придать материалу более высокую стабильность при циклическом использовании и увеличить эффективность выделения лития. Такая модификация позволила повысить химическую стабильность и устойчивость поверхности электрода при нагрузках во время зарядки и разрядки. Исследователи протестировали модифицированный электрод на модельном растворе, имитирующем природные рассолы. Скорость избирательного извлечения ионов лития оказалась в 1,7 раза выше по сравнению с немодифицированным LiMn2O4. Электродный материал LiMn2O4, модифицированный наночастицами SnO2, демонстрирует хорошую селективность и циклическую стабильность при разделении ионов лития.
«Мы надеемся, что наша работа поможет в разработке электрохимических методов извлечения лития из настоящих рассолов. В дальнейшем мы планируем оптимизировать процесс подготовки электродов для упрощения извлечения лития и повышения эффективности процесса в соответствии с основными требованиями индустриализации», — отмечает Вэньшуай Чжу, профессор Пекинского нефтяного университета (Китай).
Ожидается, что растущий спрос на литий, обусловленный распространением литий-ионных аккумуляторов, приведет к значительному дефициту металла к 2030 году. Добыча лития из рассолов может частично заменить традиционную рудодобычу и сократить потребление энергии и выбросы углекислого газа. Для устранения надвигающегося дисбаланса между спросом и предложением селективное извлечение лития из рассолов считается весьма перспективной стратегией.
Автор: Елизавета Логутенкова.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
