В океанах лития в 5000 раз больше, чем в земных месторождениях. Установку, которая может дешево получать литий из морской воды разработали ученые из саудовского Научно-технологического университета имени короля Абдаллы.Дополнительными продуктами этого процесса стали газообразные водород и хлор, а также опресненная вода.
Основной компонент разработки — электрохимический элемент, разделенный мембранами на три отсека. Через средний циркулирует морская вода. Вторая камера заполнена буферным раствором и содержит медный катод с каталитическим покрытием из платины и рутения. От первого отсека ее отделяет керамическая мембрана из оксида лития-лантана-титана (LLTO) с порами, которые пропускают катионы лития, но не дают проходить более крупным ионам металлов. В то же время отрицательные ионы из морской воды могут переходить через анионообменную мембрану в третье отделение, где находится платино-рутениевый анод.
В камере три отделения. Морская вода течет в первый, из которого положительно заряженные ионы лития проходят через мембрану LLTO во второй отсек, содержащий буферный раствор и медный катод, покрытый платиной и рутением. Между тем, отрицательно заряженные ионы проходят через анионообменную мембрану в третий отсек, содержащий раствор хлорида натрия, где они притягиваются к платино-рутениевому аноду.
Когда на электрохимический элемент подается ток, литий начинает собираться во втором отсеке прибора, притягиваясь через LLTO-мембраны к катоду, на котором при этом выделяется водород, а на аноде образуется газообразный хлор. Если в обычной морской воде концентрация лития составляет около 0,2 частей на миллион (ppm), то после пяти 20-часовых циклов работы установки его содержание в буферном растворе достигает 9000 ppm. После центрифуги, промывания и просушки из жидкости получается порошок фосфата лития с чистотой 99,94%, делающей его подходящим для производства аккумуляторов.
Экспериментальная установка. (а) схематическая иллюстрация. (б) фотография испытательного стенда. (c) кристаллическая структура LLTO. (d) ионы лития, просачивающиеся через решетку LLTO (e) экспериментальную мембрану LLTO, диаметром около 20 мм. (е) изображения медного полого волоконного катода
Как сообщают исследователи, для того чтоб получить 1 кг лития нужно затратить энергии 76,3 кВт•ч, что соответствует примерно 5 долларам США. При этом также можно собрать 0,87 кг водорода и 31,12 кг хлора. А морская вода, многократно пропущенная через установку, становится пресной, ее соленость снижается до 500 ppm.
По словам ученых, «незначительное снижение производительности» LLTO-мембраны наблюдается только после 2000 часов эксплуатации, а расходы на электроэнергию являются основной частью затрат, необходимых для получения лития новым способом.
Следует отметить, что в самой конструкции ячейки присутствуют редкоземельные металлы. Кроме того, процесс обогащения морской воды занимает сто часов, и это устройство было протестировано только на лабораторном стенде в очень маленьком масштабе. Но исследователи говорят, что есть возможность оптимизировать процесс, и, поскольку он, по-видимому, значительно ускоряется на последних стадиях по мере роста концентрации лития.
