Szinte végtelen mennyiségű akkumulátor-alapanyag nyerhető ki a tengervízből
Az elektromos autók egyre növekvő piaca elemzők szerint a következő években a lítium iránti kereslet megháromszorozódásához vezethet. Az újratölthető akkumulátorok meghatározó alapanyagát jelentő könnyűfémből rendelkezésre álló tartalékok azonban végesek – legalábbis eddig úgy tűnt.
Most azonban Yi Cui, a Stanford Egyetem kutatója vezetésével tudósok egy csoportja végtelennek tűnő lítiumlelőhelyet fedezett fel: rájöttek, hogyan vonhatják ki a könnyűfémet a tengervízből.
Sótavakból tápegységet
Évente mintegy 160 ezer tonnányi lítiumot használnak fel világszerte, és ez a szám a következő évtizedben csak növekedni fog. A lítiumtartalékok azonban mindössze néhány országban (Ausztrália, Chile, Kína és Argentína) koncentrálódnak, ahol vagy bányásszák, vagy – például Dél-Amerikában – sós tavakból nyerik ki ezt a könnyűfémet.
A lítium viszonylagos szűkössége a jövőben az akkumulátorok árának növekedését és ezzel párhuzamosan az elektromos autókhoz, például a Teslákhoz szükséges tápegységek gyártásának megrekedését okozhatja. Emiatt a kutatók már egy ideje új utakat keresnek az alapanyag előállítására.
Itt lép be a képbe a tengervíz. A világ óceánjai becslések szerint mintegy 180 milliárd tonnányi lítiumot tartalmaznak, de igencsak felhígított formában (mintegy 0,2 részecske per millió). Kutatók eddig számos módszerrel, szűrőkkel és lemezekkel próbálták kivonni a könnyűfémet a tengervízből, ezek többsége azonban nagy mértékben a párologtatásra hagyatkozik, az pedig rengeteg időt és nagy területeket vesz igénybe.
Nátrium-lítium háború
Ehelyett már egy ideje számos tudós azzal próbálkozik, hogy a lítiumion-akkumulátor elektródáit használja arra, hogy a tengervíz párologtatása nélkül vonja ki a vízből a lítiumot. Ezek az elektródák szendvicsszerűen rétegelt anyagokat tartalmaznak, amelyek csapdába ejtik a lítiumionokat, amikor az akkumulátor tölt.
Ez eddig jól is hangzik, a tengervízben azonban a negatív töltésű elektróda nem csupán a lítiumionokat, hanem a nátriumot is magához vonzza, amely százezerszer nagyobb mennyiségben fordul elő az óceánokban, mint a lítium. Ha a két elem ugyanolyan sebességgel indul el az elektróda felé, a nátrium szinte teljesen kiszorítja a lítiumot.
Ennek a problémának a kiküszöbölésére a Yi Cui vezette kutatócsoport először egyfajta akadályként titánium-dioxiddal vonta be az elektródát: mivel a lítiumionok kisebbek, mint a nátrium, az elektródához igyekezve könnyebben átjutnak a rétegen. Ezután a kutatók az elektromos feszültség ciklikusságán változtattak: először negatív feszültséget alkalmaztak, majd rövid időre leállították, aztán pozitív feszültséget vezettek az elektródába, és ezt is leállították. A kutatók szerint a feszültség ciklikus váltakozásával koncentrálható a lítiumionok mennyisége: már tíz efféle ciklus után 1:1 arányban vált el egymástól a lítium és a nátrium.
Ez a folyamat jelentősen meggyorsíthatja a könnyűfém kinyerésének folyamatát, mondta a Science magazinnak Chong Liu, a Chicagói Egyetem egyik anyagtudósa, aki korábban Cui laboratóriumában dolgozott. A módszer szerinte még mindig nem elég olcsó ahhoz, hogy versenyre kelhessen a lítiumbányászattal, de azt is hozzátette, hogy az új technológia hatásosnak bizonyulhat a kidobott, elhasznált akkumulátorokban lévő lítium kinyerésére is.
Kapcsolódó cikkek a Qubiten: