Stúpajúci dopyt po elektromobiloch a snaha upustiť od fosílnych palív vyvoláva otázku, ako získať dostatok lítia pre batérie.
Lítium-iónové batérie. Zdroj: iStock.com/Petmal
Materiálová vedkyňa Chong Liu z Chicagskej univerzity má v súvislosti so získavaním lítia niekoľko nápadov. Existujúca technológia dokáže extrahovať lítium iba zo zdrojov s vysoko koncentrovanými iónmi, ako sú tvrdé horniny alebo podzemné ložiská slanej vody nazývané soľanky. Tieto zdroje nielenže nebudú stačiť na uspokojenie dopytu, ale ich ťažba má aj environmentálne dôsledky.
Ako informoval portál Science news, Chong Liu identifikovala materiál, ktorý by mohol umožniť extrakciu z nevyužitých zdrojov. Zameriava sa na soľanku, ktorá zostala z geotermálnych a odsoľovacích procesov, odpadovú vodu z frakovania alebo dokonca na morskú vodu, ktorá by potenciálne mohla poskytnúť obrovské zásoby lítia. Veľkou výzvou však je, že morská voda má pomer sodíka k lítiu približne 20 000 : 1, pričom súčasné zdroje majú na porovnanie pomer zhruba stovky k jednej.
Potenciál pre viaceré oblasti
„Hoci extrahovanie lítiových iónov z roztokov s nízkou koncentráciou na komerčné použitie si bude vyžadovať oveľa viac výskumu, jej usilovná práca už urobila obrovský pokrok smerom k efektívnejšej ťažbe zdrojov,“ povedal molekulárny inžinier Matthew Tirrell z Chicagskej univerzity, ktorý vedkyňu Chong Liu v roku 2018 prijal ako odbornú asistentku.
Tirrell dodáva, že práca mladej vedkyne pripravuje pôdu pre ďalšie procesy, ktoré zahŕňajú ióny pohybujúce sa v uzavretých poréznych priestoroch, ďalej pre budúce aplikácie závislé od hľadania spôsobov, ako urýchliť chemické reakcie, až po potenciálnu liečbu pacientov otrávených ortuťou alebo olovom.
Extrahovanie lítia
Metóda, s ktorou Chong Liu pracuje, sa nazýva elektrochemická interkalácia a začala sa používať na ťažbu zdrojov len nedávno. Najprv vedci ponoria materiál plný priechodov vo veľkosti iónov do slanej vody. Lítiové ióny vo vode vstupujú do mriežky materiálových kanálov, kde sa zachytávajú. Slaná voda však okrem iného obsahuje aj ióny sodíka, ktoré sa tlačia do týchto kanálov a znižujú množstvo lítia, ktoré môže byť absorbované.
Chong Liu začala hľadať ideálny pomocný materiál na zachytávanie lítia okolo roku 2016 počas svojej postdoktorandskej práce na Stanfordovej univerzite. „Vlastnosť tohto materiálu určí, akú selektivitu (pre lítium) môžeme získať a akú zdrojovú vodu môžeme použiť,“ vysvetlila Chong Liu. Čím lepšia je selektivita, tým viac lítia sa zachytí. Dlho hľadala materiál, ktorý by bol dostatočne stabilný vo vode a udržal si svoju štruktúru aj vtedy, keď je plnený iónmi.
Nakoniec sa rozhodla pre fosforečnan železitý. Kyslík vo fosforečnane železitom sa ľahšie viaže s lítiom než s konkurenčnými iónmi sodíka. Len čo je materiál plný iónov, presunie sa do sladkej vody, kde vedci aplikujú elektrické prúdy na vytlačenie iónov. Potom pridajú hydroxid, ktorý sa spojí s lítiom za vzniku pevného hydroxidu lítneho, suroviny používanej v batériách EV.
Fyzik Steven Chu zo Stanfordovej univerzity poukazuje na to, že množstvo lítia, ktoré môže fosforečnan železitý v súčasnosti extrahovať, je „veľkolepé“.
Vedkyňa Chong Liu a jej tím študujú, ako ióny lítia a sodíka vstupujú do otvorov materiálu, v akom poradí a ako interagujú vnútri materiálu. Lepším pochopením správania iónov môžu zlepšiť výkon materiálu a urobiť tak celý proces praktickejším.
Hon za vzácnymi prvkami
Ten istý vedecký tím zároveň vyvíja novú metódu na separáciu prvkov vzácnych zemín, ktorá je podľa Chong Liu ťažšia ako extrakcia lítia. Ide o sedemnásť prvkov, ktoré sú nevyhnutné pre moderné technológie vrátane veterných turbín či smartfónov. Často sa vyskytujú spolu, a preto je potrebné ich oddeliť, čo je náročná úloha.
Chong Liu pôvodne neplánovala stať sa materiálovou vedkyňou alebo dokonca profesorkou, ale počas doktorandského štúdia na Stanforde si uvedomila, že miluje výskumné prostredie a baví ju riešiť hádanky. „To ma prinútilo rozhodnúť sa, že pravdepodobne chcem robiť túto prácu po celý život. Je to zábava,“ dodala.
Zdroj: Sciencenews.org
(LDS)
