В последнее время профессор Хе Пин и профессор Чжоу Хаошен из Нанкинского университета 27 июля 2018 года опубликовали исследовательскую статью «Литиевая металическая экстракция из морской воды» в журнале Cell «Joule», ведущем академическом журнале энергетического поля, и предложили эфирную энергию. Управляемая энергия, основанная на идее композитного электролита (гибридэлектролит) и электролизе с постоянным током ионно-селективной твердой пленки, успешно экстрагирует металлический литий из морской воды. Технология разработана для разработки морских литиевых ресурсов и химической энергии. Преобразование хранилища открывает совершенно новый путь.
Литий является одним из важнейших минеральных ресурсов в современном обществе, он широко используется в керамике, медицине, ядерной промышленности и известной индустрии литиевых батарей. Благодаря популярности электромобилей и портативных электронных устройств масштабы рынка литиевых батарей значительно возросли. По оценкам, в ближайшие 30 лет он будет потреблять одну треть существующих глобальных извлекаемых запасов лития (рис. 1А), что в будущем приведет к недостаточной поставке литиевых ресурсов.
В настоящее время мировые извлекаемые запасы лития составляют руда и рассол на общую сумму около 14 миллионов тонн. Извлечение литиевой соли из руды и рассола будет потреблять много энергии и вызывать серьезные проблемы с загрязнением. По сравнению с наземной рудой и рассолом При ограниченных ресурсах лития в морской воде хранится 230 миллиардов тонн литиевых ресурсов, что в 16 000 раз превышает имеющиеся в мире ресурсы лития (рис.1B). Поэтому, если достигается простая, контролируемая и чистая экстракция лития из морской воды, люди Получат почти неисчерпаемые литиевые ресурсы.
Рисунок 1: (A) Ожидаемая годовая кривая потребления и общего потребления литиевых ресурсов в период между 2015 и 2050 годами; (B) Сравнение запасов лития в океане и на суше, неравномерное распределение литиевых ресурсов на суше, главным образом распределенных в Чили, Китая, Аргентины и Австралии.
Несмотря на то, что морская вода содержит чрезвычайно богатые литиевые ресурсы, концентрация лития в морской воде очень низкая, всего от 0,1 до 0,2 м.д., что затрудняет извлечение лития из морской воды. Исследователи предложили множество решений, включая методы адсорбции. И электродиализ.
Метод адсорбции заключается в том, чтобы реализовать адсорбцию лития из морской воды путем обмена ионов водорода и лития некоторыми гидрированными оксидами металлов. Метод электродиализа заключается в том, чтобы способствовать направленному движению положительных и отрицательных ионов в морской воде приложенным электрическим полем, а затем реализовать избирательное проникновение через мембрану. Обогащение ионов лития.
Существующая технология экстракции лития морской воды является медленной и трудно контролируемой, и полученный первичный экстракт нуждается в дальнейшей обработке для получения металлического лития или чистого соединения лития (например, Li). 2Колорадо 3Таким образом, существующая технология экстракции лития с морской водой может оказаться неспособной удовлетворить большой спрос на литиевые ресурсы в будущем новых технологий литиевых батарей, таких как литий-серные батареи и литиево-воздушные батареи.
Профессор He Ping и профессор Чжоу Хаошен из Школы современной инженерии и прикладных наук Нанкинского университета предложили концепцию комбинированного электролита (Hybridelectrolyte) в 2009 году. Эта концепция сочетает в себе характеристики органических и водных системных электролитов для расширения аккумуляторной системы по сравнению с одиночным электролитом. Рабочее напряжение и диапазон применения. На основе комбинированного электролита команда разработала новые батареи большой емкости, такие как литиево-воздушные батареи на водной основе, литий-воздушные топливные элементы, литий-медные батареи и литиевые жидкие батареи.
Недавно исследовательская группа применила стратегию объединения электролитов с технологией литья металлического литья. Комбинированный электролит, разработанный командой, состоит из области положительного электрода и области отрицательного электрода. Положительная область электрода представляет собой литий-ионный органический электролит, защищенный атмосферой аргона. Медная фольга, погруженная в электролит, используется в качестве положительного электрода, а морская вода используется в качестве рабочего электролита в области отрицательного электрода, а в качестве отрицательного электрода используется каталитический электрод Ru @ SuperP. В качестве литиево-ионной избирательной проницаемой мембраны используется литиевая ионная избирательная проницаемая мембрана, а зона положительного электрода отделена. В области отрицательного электрода керамическая пленка пропускает только ионы лития. Самонастраиваемый микронаправляемый источник питания с постоянной потребляемой энергией с отрицательной энергией использует постоянный ток между положительным электродом и отрицательным электродом, так что ионы лития в морской воде в области отрицательного электрода непрерывно проходят через твердое тело Керамическая мембрана на поверхности положительного медного листа для уменьшения образования металлического лития успешно достигла экстракции металлического лития из морской воды (рис. 2).
Рисунок 2: (A) Принципиальная схема устройства для экстракции морской воды, приводимого в движение слишком отрицательной энергией, (B) Принципиальная схема мономера устройства, от верхней части до нижней части, пластины отрицательного электролита, области положительного электролита с электролитом, керамической избирательной пленки, В отрицательной зоне морской воды все устройство может плавать на поверхности с помощью резиновой ленты; (C) воображаемая карта большого количества устройств в море.
Во время процесса электролиза восстановление ионов лития происходит на положительном электроде:
Li ++ E- → Li
На отрицательном электроде окисление морской воды:
2Cl -→ Cl2+2e-
2OH -→ H, 2O + 0.5O2+2e-
Cl 2+H2O → HClO + Н ++ Cl--
Рисунок 3: (А) при 80, 160, 240 и 320 мкА · см -2Кривая потенциального времени при плотности тока (показана на уровне 80 мкА · см -2Фотография электрода, электролизируемого при плотности тока в течение 1 часа), (B) Производство металлического лития на квадратный сантиметр меди, (C) Характеристика осажденного продукта до и после аргонового ионного травления (D); (D) Продукт осаждения положительного электрода в гравировке аргоновой ионы XPS-характеристика Li и Na до и после etch; (E) XRD-характеризация осажденных продуктов (Al-пик от стадии образца устройства защиты атмосферы)
В процессе извлечения лития из морской воды на поверхности медного листа образуется серебристое белое вещество. Согласно XPS и XRD-анализу осаждение на поверхности медного листа представляет собой металлический литий. При 80, 160, 240 и 320 мкА · см -2Напряжение электролиза при плотности тока составляет 4,52 В, 4,75 В, 4,88 В и 5,28 В. Соответственно, выход металла лития составляет 1,9, 3,9, 5,7 и 1,2 мг · дм. -2· Н -1(Рисунок 3).
Когда плотность тока превышает определенный порог, например, 320 мкА · см -2Положительный электрод будет иметь серьезную побочную реакцию (разложение электролита), что приводит к уменьшению производства лития. Можно видеть, что техническое преимущество экстракции литием из морской воды заключается в том, что металлический литий может быть непосредственно получен, а металлический литий имеет химический состав, который был преобразован из слишком отрицательной энергии. Да, может быть выпущен через новые батареи, такие как литий-серные батареи или литиево-воздушные батареи.
Кроме того, метод электролиза постоянного тока является быстрым и настраиваемым и подходит для крупномасштабного производства и подготовки. Изобретение этой технологии открывает новый путь для развития морских литиевых ресурсов и превращения слишком негативной энергии в химическую энергию.
