南京大学发明海水中提取金属锂技术

近日，南京大学的研究团队发明了从海水中提取金属锂技术。该校何平教授和周豪慎教授提出一种以太阳能为驱动能，基于组合电解液思路和离子选择性固体薄膜的恒流电解技术，成功实现从海水中提取金属锂单质。该技术的问世为海洋锂资源开发和太阳能向化学能的转化存储开辟了全新的道路。
　　随着电动汽车及便携式电子设备的普及，锂电池市场的规模大幅增长，预计未来30年将消耗目前全球可开采锂储量的1/3，这将导致未来锂资源供给不足的问题。目前全球可开采锂储量均来自于矿石和卤水，共计约1400万吨。相较于陆地上矿石和卤水中有限的锂资源，海水中储有2300亿吨的锂资源，是目前全球可开采锂资源总量的16000倍。因此，如果实现从海水中简便、可控和清洁提取锂，人类将获得几乎取之不尽用之不竭的锂资源。
　　尽管海水中含有极为丰富的锂资源，但是海水中的锂浓度很低，这就导致了很难从海水中提取锂。研究人员提出了很多解决方案，其中包括了吸附法和电渗析法。吸附法是通过一些氢化金属氧化物以氢离子和锂离子的交换机制实现从海水中吸附锂元素。电渗析法是通过外加电场促使海水中的阴阳离子定向移动，再通过选择性透过膜实现锂离子的富集。现有的海水提锂技术提取速率慢且不易调控，得到的初次提取物需要进一步处理才能获得金属锂或纯净的锂化合物。因此，现有的海水提锂技术可能无法满足未来诸如锂-硫电池和锂-空气电池在内的新型锂电池技术对锂资源的大量需求。
　　近日，该研究团队将组合电解液的策略应用于海水提取金属锂技术中。该团队设计的组合电解液由阴极区和阳极区组合而成。阴极区为氩气气氛保护的锂离子有机电解液，以浸入电解液的铜箔为阴极;阳极区以海水为工作电解液，以Ru@ Super P催化电极为阳极。使用锂离子固态电解质陶瓷膜作为锂离子选择性透过膜，分隔开阴极区和阳极区，该陶瓷膜仅允许锂离子通过。采用自行设计的微型可调谐太阳能板恒流电源向阴极和阳极之间施加恒定电流，使阳极区海水中的锂离子源源不断的通过固体陶瓷膜，在阴极铜片表面还原生成金属锂单质，成功实现从海水中提取金属锂单质。