近年來,隨著鋰電池的興起,以及到2050年實現零碳排放的競賽日益激烈,交通運輸不得不加緊電氣化,對鋰的需求也與日俱增。專家們普遍認為,鋰將在未來30年成為更有價值的資產。
然而,與鈾等其他金屬一樣,陸地上的鋰儲量遠不如海洋中那么多。根據沙特阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學部(KAUST)的一項研究,海水中所含的鋰量大約是陸地上的5000倍。
科學家們還研發出了一種新方法,可以用極具成本效益的方法,從海水提煉出高純度鋰,并產生氫氣、氯氣和淡水等附加產物。
這一研究成果已在《能源與環境科學》雜志發表,這一過程依賴于一個電化電池,其內含由鋰鑭鈦氧化物(lithium lanthanum titanium oxide,LLTO)制成的陶瓷膜,其孔隙寬度剛好能讓鋰離子通過,同時阻擋更大的金屬離子。開發該電池的研究員Zhen Li博士表示,“LLTO膜以前從未被用于提取和濃縮鋰離子。”
據了解,電化電池本身包含三個隔間,海水流入中央的隔間后,其中正鋰離子穿過LLTO膜,進入含有緩沖溶液和涂有鉑和釕的銅陰極的側隔間,與此同時,負離子通過標準陰離子交換膜離開中央隔間,進入含有氯化鈉溶液和鉑-釕陽極的第三個隔間,
當施加電流時,電池會在陰極產生氫氣,陽極產生氯氣,這會促使鋰穿過LLTO細胞膜,堆積在側邊隔間,事實上,盡管鋰在海洋中的儲量很高,但它的濃度卻極低,約為百萬分之0.2(ppm)。
實驗發現,經過5次20小時的處理后,鋰濃度將增至9,000ppm,接下來研究人員通過調整溶液的酸堿值、離心分離、漂洗和干燥,得到純度為99.94%的磷酸鋰粉末,符合電池級磷酸鋰的標準,
根據研究小組的說法,用這種方法生產一公斤鋰(大約76.3千瓦時)所需的電力將花費大約5美元,
另外,每公斤鋰將額外產生0.87公斤氫氣和31.12公斤氯氣,以2020年的價格計算,僅這些副產品的售價就可能在6.90美元至11.70美元之間。
另一個好處是,經過這一過程的海水,總鹽濃度低于百萬分之五百,
根據研究人員的說法,“這意味著在鋰捕獲后,剩余的水可以作為淡水處理。因此,該工藝也有可能與海水淡化相結合,從而進一步提高其經濟可行性。”
隨著全球各國都在尋求加速脫碳,鋰需求十分緊張,惠譽(Fitch Solutions)先前估計,今明兩年鋰價將續漲。該機構預測,大陸的99.5%碳酸鋰2021年均價將為每噸13450美元,2022年續升至15025美元,而在2020年僅為6375美元;
大陸的56.5%單水氫氧化鋰2021年均價將為每噸11950美元,2022年為14300美元,而在2020年僅為7290美元。