Tế bào điện hóa thu được Lithium từ nước biển

Các nhà nghiên cứu của KAUST đã phát triển một phương pháp chiết xuất lithium, một thành phần quan trọng trong pin xe tự hành, từ nước biển theo cách hiệu quả hơn về mặt kinh tế.

Lithium là thành phần quan trọng trong pin cung cấp năng lượng cho xe điện, nhưng nhu cầu lithium ngày càng tăng cao, trong khi đó ​nguồn dự trữ trên đất liền được dự đoán sẽ cạn kiệt vào năm 2080.

Các nhà nghiên cứu của trường Đại học Khoa học & Công nghệ King Abdullah (KAUST) hiện đã phát triển một hệ thống hiệu quả về mặt kinh tế, có thể chiết xuất liti với độ tinh khiết cao từ nước biển. Các đại dương chứa lượng lithium nhiều hơn đất liền khoảng 5.000 lần nhưng ở nồng độ cực thấp, khoảng 0,2 phần triệu (ppm).

Các ion lớn hơn, bao gồm natri, magiê và kali, đều có trong nước biển ở nồng độ cao hơn nhiều; tuy nhiên, các nghiên cứu trước đây để tách lithium từ hỗn hợp này đã thu được rất ít. Nhóm KAUST đã giải quyết vấn đề này bằng một tế bào điện hóa có chứa một màng gốm làm từ oxit titan lithium lantan (LLTO).

Cấu trúc tinh thể của nó chứa các lỗ vừa đủ rộng để cho các ion liti đi qua đồng thời chặn các ion kim loại lớn hơn. Postdoc Zhen Li, người phát triển tế bào cho biết: “Trước đây chưa bao giờ sử dụng màng LLTO để chiết xuất và cô đặc các ion liti.

Tế bào này có ba khoang. Nước biển chảy vào một khoang cấp liệu trung tâm, nơi các ion liti dương đi qua màng LLTO vào một khoang bên có chứa dung dịch đệm và một cực âm bằng đồng phủ bạch kim và ruthenium. Trong khi đó, các ion âm thoát ra khỏi khoang cấp liệu qua màng trao đổi anion tiêu chuẩn, đi vào khoang thứ ba có chứa dung dịch natri clorua và cực dương platin-ruthenium.

Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm hệ thống sử dụng nước biển từ Biển Đỏ. Ở hiệu điện thế 3,25V, tế bào sinh ra khí hidro ở cực âm và khí clo ở cực dương. Điều này thúc đẩy quá trình vận chuyển lithium qua màng LLTO, nơi nó tích tụ trong khoang bên. Nước được làm giàu lithium này sau đó trở thành nguyên liệu cho bốn chu kỳ xử lý nữa, cuối cùng đạt đến nồng độ hơn 9.000 ppm.

Việc điều chỉnh độ pH của dung dịch này tạo ra lithium phosphate rắn chỉ chứa một lượng rất nhỏ các ion của kim loại khác - đủ tinh khiết để đáp ứng các yêu cầu của nhà sản xuất pin. Các nhà nghiên cứu ước tính rằng tế bào này sẽ chỉ mất 5 đô la Mỹ tiền điện để chiết xuất 1 kg lithium từ nước biển. Giá trị của hydro và clo do tế bào tạo ra sẽ nhiều hơn để bù đắp chi phí này và cũng có thể sử dụng nước biển dư trong các nhà máy khử muối để cung cấp nước ngọt.  

Trưởng nhóm Zhiping Lai cho biết: “Chúng tôi sẽ tiếp tục tối ưu hóa cấu trúc màng và thiết kế tế bào để nâng cao quy trình hiệu quả. Nhóm của ông cũng hy vọng sẽ hợp tác với ngành công nghiệp thủy tinh để sản xuất màng LLTO với quy mô lớn và chi phí hợp lý.

Trường Đại học Khoa học & Công nghệ King Abdullah (KAUST)

Phạm Thanh Bình dịch

Nguồn: Lab Manager- Hoa Kỳ

f