Elektrochemický reaktor získava 97,5 % lítia z geotermálnych zdrojov
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 19. 11. 2024
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
Lítiovo-iónové batérie poháňajú všetko od smartfónov až po elektromobily, ale majú jeden závažný problém. Sú totiž závislé od množstva ťažko ťažiteľného lítia. Nový elektrochemický reaktor z Riceovej univerzity má celý proces zjednodušiť a urobiť bezpečnejším.
V súčasnosti je ťažké vziať do ruky akékoľvek nabíjateľné zariadenie, ktoré by nemalo vo vnútri lítium-iónovú batériu. Hoci sa objavili aj alternatívy, napríklad na báze draslíka alebo sodíka, na súčasnom trhu s batériami je momentálne najlepšie lítium. Je to predovšetkým preto, že napriek tomu, že lítium-iónové batérie občas vybuchujú, majú vynikajúcu hustotu energie, ktorá im umožňuje udržať veľké množstvo elektrického náboja pri relatívne malých rozmeroch. Sú tiež pomerne ľahké.
Lítium-iónové batérie sú v skutočnosti také populárne, že sa predpokladá, že do roku 2030 sa dopyt po nich zvýši sedemnásobne, a to najmä vďaka pokračujúcej adaptácii elektrických automobilov.
Problémom tohto rýchlo rastúceho dopytu je však to, že samotné lítium je problematickým prvkom. Hoci je 31. najrozšírenejším prvkom na planéte, táto skutočnosť ho v skutočnosti robí pomerne vzácnym. Navyše je lítium často zachytené v horninách alebo geotermálnych soľankách, kde môže byť jeho koncentrácia pomerne nízka, takže jeho ťažba je energeticky náročný proces, ktorý je často spojený s rizikom vzniku nebezpečných plynov. Kopanie lítiových baní môže tiež poškodiť prírodné biotopy a odvádzať vodu z blízkych obcí, keďže na vytvorenie jednej tony lítia je potrebných približne 2,2 milióna litrov vody.
Na scénu však prichádza nový elektrochemický reaktor od výskumníkov z Riceovej univerzity, o ktorom sa hovorí ako o zmene v oblasti získavania lítia.
Zariadenie rieši jeden z hlavných problémov pri získavaní lítia zo soľanky nachádzajúcej sa v geotermálnych vodných zdrojoch. Hoci takéto zdroje sú dobrým miestom na hľadanie lítia, soľanky obsahujú množstvo ďalších chemických látok s podobnou veľkosťou a nábojom iónov vrátane horčíka, vápnika, sodíka a draslíka. Izolovať z tohto chemického guláša iba lítium je mimoriadne náročné. Navyše soľanky často obsahujú veľa chloridových iónov, ktoré sa počas tradičných elektrochemických procesov na izoláciu lítia môžu zmeniť na mimoriadne toxický plynný chlór.
Tím Riceovej univerzity preto zostrojil trojkomorový reaktor, ktorý má v strede novo vyvinutú lítiovo-iónovú vodivú sklokeramickú (Lithium-Ion Conductive Glass Ceramic - LICGC) membránu. Táto membrána sa často používa vo vnútri lítium-iónových batérií, ale nikdy predtým nebola použitá v reaktore tohto druhu. Ukázalo sa, že membrána účinne prepúšťa len ióny lítia, pričom zadržiava ióny ostatných chemikálií, najmä potenciálne škodlivé chloridové ióny. Pri testovaní reaktor nielenže výrazne obmedzil produkciu plynného chlóru, ale dosiahol aj 97,5 % čistotu lítia.
„Tento reaktor by mohol predstavovať významný krok vpred pri zefektívňovaní ťažby lítia a zároveň je menej škodlivý pre životné prostredie,“ uviedol Sibani Biswal, spoluautor štúdie.
„Náš odbor už dlho bojuje s neefektívnosťou a vplyvom ťažby lítia na životné prostredie,“ dodal spoluautor Haotian Wang, docent chemického a biomolekulárneho inžinierstva na Riceovej univerzite. „Tento reaktor je dôkazom sily spojenia základnej vedy s inžinierskou vynaliezavosťou pri riešení reálnych problémov.“
Počas testovania výskumníci zistili potenciálny problém s reaktorom. Na membráne LICGC sa hromadili ióny sodíka. Takéto nahromadenie by mohlo ovplyvniť účinnosť reaktora, takže jednou zo stratégií, ako proti tomu bojovať, by bolo znížiť obsah sodíka v soľanke pred spustením reakcie. Ďalšou možnosťou by bolo uskutočniť budúci výskum s cieľom zistiť, aké ďalšie metódy, napríklad špecializované povlaky membrán, by mohli zabrániť prichytávaniu iónov sodíka.
Štúdia, v ktorej sa podrobne opisuje vývoj a výkon reaktora, bola nedávno uverejnená v magazíne Proceedings of the National Academy of Sciences.
