97889 64456 72312 47532 85224 72311 99738 05314 18822 88877 83701 91188 72106 98803 83485 70762 67561 00923 55229 06479 57972 59061 74949 93171 14807 03728 86417 14924 55271 76483 09709 80826 48003 69756 41326 33857 90179 16007 50123 74390 32549 30315 44217 63317 75601 80709 41762 62320 18455 61834 28274 17965 11564 40730 97515 38882 00045 18375 34435 87730 65633 86354 42635 03181 37624 00288 29224 98754 64198 42645 13159 80277 57942 84214 09885 11406 37363 27238 16160 82824 82750 03902 45252 98749 86602 85405 74120 11069 70749 63642 54482 33973 81058 25338 11638 53184 38067 75862 58160 05931 81160 94118 63131 11678 37627 13358 15577 41533 20376 02073 54475 97260 40548 91470 84971 47067 00960 20371 54295 32383 70544 08125 72446 96640 07075 16165 30869 08344 20223 85830 11652 84248 58240 18720 83640 74865 63798 26432 11368 91553 98930 40390 63732 07578 52004 83379 91665 87295 27594 70342 33614 00445 56766 74846 32119 67664 51801 34739 44392 32414 80290 43295 50949 32938 59188 82226 64963 12065 07486 96473 17151 41690 05059 80565 72757 89563 68610 87113 78719 74762 26213 13426 23716 54025 70952 73308 30338 98371 80443 39662 15506 33308 53719 47268 57523 71539 98084 43052 68615 92226 35372 86296 82533 08533 12606 77475 19780 50069 42332 94775 84463 97795 86712 89454 36026 27730 87899 25252 69813 38682 Neue Methode optimiert Lithiumgewinnung aus Meer- und Grundwasser – MJRBJC
Forschungsdetails zur Methode zur Gewinnung von effizientem, umweltfreundlichem Lithium

In einer neuen Studie hat UChicago Pritzker Molecular Engineering Asst. Professor Chong Liu (rechts), Doktorand und Erstautor Gangbin Yan (links) und seine Co-Autoren optimierten eine neue Methode zur Gewinnung von Lithium aus verdünnteren und weit verbreiteten Quellen. Bildnachweis: John Zich/UChicago Pritzker School of Molecular Engineering

Mit dem Boom des Elektrofahrzeugmarktes ist auch die Nachfrage nach Lithium, dem für Lithium-Ionen-Batterien benötigten Mineral, sprunghaft angestiegen. Die weltweite Lithiumproduktion hat sich im letzten Jahrzehnt mehr als verdreifacht. Doch aktuelle Methoden zur Gewinnung von Lithium aus Erzen oder Solen sind langsam und mit einem hohen Energiebedarf und Umweltkosten verbunden. Sie benötigen außerdem Lithiumquellen, die von vornherein unglaublich konzentriert sind und nur in wenigen Ländern zu finden sind.

Nun haben Forscher der Pritzker School of Molecular Engineering (PME) der Universität Chicago eine neue Methode zur Gewinnung von Lithium aus verdünnteren und weitverbreiteten Quellen des Minerals optimiert, darunter Meerwasser, Grundwasser und „Flowback-Wasser“, das beim hydraulischen Brechen zurückbleibt. und Offshore-Ölbohrungen.

„Im Moment gibt es eine Lücke zwischen Lithiumnachfrage und -produktion“, sagte Chong Liu, Neubauer-Assistenzprofessor für Molekulartechnik und leitender Autor der neuen Arbeit, veröffentlicht in Natürliche Kommunikation. „Unsere Methode ermöglicht die effiziente Extraktion des Minerals aus stark verdünnten Flüssigkeiten, was die potenziellen Lithiumquellen deutlich erweitern kann.“

In der neuen Forschung zeigten Liu und seine Kollegen, wie bestimmte Eisenphosphatpartikel Lithium am effizientesten aus verdünnten Flüssigkeiten extrahieren können. Ihre neuen Erkenntnisse könnten eine Ära des schnelleren und umweltfreundlicheren Lithiumabbaus beschleunigen.

Lithium zu einem Preis

Heutzutage stammt der Großteil des in Lithiumbatterien verwendeten Lithiums aus zwei grundlegenden Extraktionsprozessen. Lithiumerze können abgebaut, mit schweren Maschinen zerkleinert und anschließend mit Säure behandelt werden, um das Lithium zu isolieren. Lithium-Sole-Pools hingegen nutzen enorme Wassermengen, die von der Erdoberfläche gepumpt und dann verdampft werden (über einen Zeitraum von mehr als einem Jahr), um getrocknetes Lithium herzustellen.

„Diese Methoden sind zunächst einmal nicht besonders umweltfreundlich, und wenn man versucht, mit weniger konzentrierten Lithiumquellen zu arbeiten, werden sie noch weniger effektiv“, sagte Liu. „Wenn man zehnmal mehr verdünnte Sole hat, braucht man zehnmal mehr Brackwasser, um die gleiche Menge Lithium zu erhalten.“

Lius Team hat in den letzten Jahren eine völlig andere Methode zur Gewinnung von Lithium aus verdünnten Flüssigkeiten entwickelt. Ihr Ansatz isoliert Lithium anhand seiner elektrochemischen Eigenschaften unter Verwendung von Olivin-Eisenphosphat-Kristallgittern. Aufgrund seiner Größe, Ladung und Reaktivität wird Lithium in die Zwischenräume der Olivin-Eisenphosphat-Säulen gezogen, wie Wasser in die Löcher eines Schwamms eindringt. Wenn die Kolonne jedoch perfekt ausgelegt ist, bleiben Natriumionen, die auch in Brackflüssigkeiten vorhanden sind, außen vor oder gelangen auf einem viel niedrigeren Niveau in das Eisenphosphat.

In der neuen Arbeit testeten Liu und Kollegen, darunter der Erstautor der neuen Arbeit Gangbin Yan, ein KMU-Doktorand, den Einfluss unterschiedlicher Olivin-Eisenphosphat-Partikel auf ihre Fähigkeit, Lithium im Vergleich zu Natrium selektiv zu isolieren.

„Bei der Herstellung von Eisenphosphat können Partikel völlig unterschiedlicher Größe und Form entstehen“, sagt Yan. „Um die beste Synthesemethode zu finden, müssen wir wissen, welche dieser Partikel Lithium am effektivsten gegenüber Natrium selektieren.“

Weder zu groß noch zu klein

Das Forschungsteam synthetisierte Olivin-Eisenphosphat-Partikel mit verschiedenen Methoden, was zu Partikelgrößen im Bereich von 20 bis 6.000 Nanometern führte. Anschließend teilten sie diese Partikel anhand ihrer Größe in Gruppen ein und bauten daraus Elektroden, die Lithium aus einer schwachen Lösung extrahieren konnten.

Wenn die Eisenphosphatpartikel zu groß oder zu klein waren, neigten sie dazu, mehr Natrium in ihre Strukturen aufzunehmen. Dies hat zu weniger reinen Lithiumextraktionen geführt.

„Es stellte sich heraus, dass es diesen Sweet Spot in der Mitte gab, wo die Kinetik und Thermodynamik Lithium gegenüber Natrium begünstigen“, sagte Liu.

Die Ergebnisse sind von entscheidender Bedeutung für die Skalierung der elektrochemischen Lithiumextraktion hin zur kommerziellen Nutzung. Sie schlagen vor, dass sich Forscher nicht nur auf die Produktion von Olivin-Eisenphosphat konzentrieren sollten, sondern auch auf die Produktion von Olivin-Eisenphosphat mit der idealen Partikelgröße.

„Wir müssen diese gewünschte Partikelgröße im Auge behalten, wenn wir Synthesemethoden zur Vergrößerung auswählen“, sagte Liu. „Aber wenn es uns gelingt, glauben wir, dass wir eine Methode entwickeln können, die die Umweltauswirkungen der Lithiumproduktion verringert und die Lithiumversorgung in diesem Land sichert.“

Weitere Autoren des Papiers sind Emory Apodaca, Suin Choi, Peter J. Eng, Joanne E. Stubbs, Yu Han, Siqi Zou, Mrinal K. Bera und Ronghui Wu von der University of Chicago; Jialiang Wei und Wei Chen vom Illinois Institute of Technology; und Evguenia Karapetrova und Hua Zhou vom Argonne National Laboratory.

Mehr Informationen:
Gangbin Yan et al., Identifizierung kritischer Merkmale von Eisenphosphatpartikeln für die Lithiumpräferenz, Natürliche Kommunikation (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-49191-3

Zur Verfügung gestellt von der University of Chicago

Zitat: Neue Methode optimiert die Lithiumgewinnung aus Meer- und Grundwasser (8. Juni 2024), abgerufen am 8. Juni 2024 von https://phys.org/news/2024-06-method-optimizes-lithium -seawater-groundwater.html

Dieses Dokument unterliegt dem Urheberrecht. Mit Ausnahme der fairen Nutzung für private Studien- oder Forschungszwecke darf kein Teil ohne schriftliche Genehmigung reproduziert werden. Der Inhalt dient lediglich der Information.

By rb8jg

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Failed to fetch data from the URL.