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南京大学发明能源黑科技!给一块“蛋糕”,开发海洋锂资源
爱因斯坦 2018-08-03
导语

一旦这种技术正式投入应用,就可以从海水中清洁、高效地提取出锂资源,缓解将来锂资源紧张的状况,降低锂电池产品成本。

近日,南京大学何平教授和周豪慎教授在能源领域顶级学术刊物Cell子刊《Joule》上在线发表题为“Lithium Metal Extraction from Seawater”的研究论文,提出一种以太阳能为驱动能,基于组合电解液(hybrid electrolyte)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。

“装置单体示意图,自上而下分别为太阳能板、有机电解液阴极区、离子选择性陶瓷膜、海水阳极区,整个装置可以利用橡皮圈浮于海面。”

“该装置可实现以太阳能为驱动能,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。

出于对该装置的好奇,我们的记者采访到了本篇论文的通讯作者之一,南京大学现代工程与应用科学学院的何平教授。

何平教授在接受记者采访

▍为什么要开发提取金属锂的技术呢?

何教授介绍道,锂是现代社会最重要的资源之一,被广泛应用于陶瓷化工、医药、核工业以及广为人知的锂电池工业中。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(下图所示),这将导致未来锂资源供给不足的问题。

注:红线为2015~2050年间的锂总消耗量曲线,蓝线为2015~2050年间的预期年消耗量,绿线为全球锂资源储存总量的1/3线

▍那为什么要去海水中开发锂资源呢?

何教授又解释道,陆地上的可开采锂储量主要来于矿石和卤水,开发过程中会消耗大量的能源并带来严重的污染问题,且陆地上资源有限,且分布不均,主要集中在智利、中国、阿根廷和澳大利亚,共计约1400万吨。

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、可控和清洁地提取锂,人类将获得几乎取之不尽用之不竭的锂资源。

注:左柱为海洋中可开采锂储量,右柱为陆地上可开采锂储量

所以我们的目标就是利用下图的装置在海洋中开发锂资源!

图:(A)太阳能驱动的电解法海水提锂装置原理示意图;(B)装置单体示意图,自上而下分别为太阳能板、有机电解液阴极区、陶瓷选择性膜、海水阳极区,整个装置可以利用橡皮圈浮于海面;(C)海上大量装置排列的假想图。

何教授介绍道: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,以碳负载钌催化电极为阳极。

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地通过固体陶瓷膜,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。

一旦这种技术正式投入应用,就可以从海水中清洁、高效地提取出锂资源,缓解将来锂资源紧张的状况,降低锂电池产品成本。

参考文献:

Sixie Yang, et al, "Lithium Metal Extraction from Seawater," Joule, DOI: https://doi.org/10.1016/j.joule.2018.07.006

(本文来源:南京大学微信公众号;) 

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作者 爱因斯坦

科研工作者

北京航空航天大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科


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