技术频道

娓娓工业
您现在的位置: 中国传动网 > > > 南京大学"海水提锂"获突破

南京大学"海水提锂"获突破

时间:2022-07-15 14:26:48来源:

导语:​锂是现代社会最重要的矿物资源之一,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。

  近日,南京大学何平教授和周豪慎教授于2018年七月二十七日在能源领域优秀学术刊物Cell子刊《Joule》上在线发表题为"LithiumMetalExtractionfromSeawater"的研究论文,提出一种以太负能为驱动能,基于组合电解液(hybridelectorlyte)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负能向化学能的转化存储开辟了全新的道路。

  锂是现代社会最重要的矿物资源之一,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上升,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。从矿石和卤水中提炼锂盐,会消耗大量的能源并带来严重的污染问题。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(图1B)。因此,假如实现从海水中简便、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。

必威体育精装版app官网  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,只有0.1~0.2ppm,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法,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正负离子定向移动,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,得到的初次提取物要进一步处理才能获得金属锂或纯净的锂化合物(如Li2CO3)。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。

必威体育精装版app官网  南京大学现代工程和应用科学学院何平教授和周豪慎教授早在2009年即提出组合电解液(Hybridelectrolyte)的概念,该概念结合有机和水体系电解液的特点,和单一电解液相比拓宽了电池体系的工作电压和应用范围。基于组合电解液,该团队研制出水系锂-空气电池,锂-空气燃料动力锂电池,锂-铜电池,锂液流电池等新型大容量电池。

  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正极区和负极区组合而成。正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正极;负极区以海水为工作电解液,以Ru@SuperP催化电极为负极。使用锂离子固态电解质陶瓷膜作为锂离子选择性透过膜,分隔开正极区和负极区,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负能板恒流电源向正极和负极之间施加恒定电流,使负极区海水中的锂离子源源不断的通过固体陶瓷膜,在正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。

  电解过程中,正极上发生锂离子的还原反应:

  Li++e-→Li

  而负极上则海水的氧化反应:

  2Cl-→Cl2+2e-

  2OH-→H2O+0.5O2+2e-

必威体育精装版app官网  Cl2+H2O→HClO+H++Cl-

必威体育精装版app官网  在海水提锂的过程中,铜片表面有银白色物质生成,经XPS和XRD分析可知,铜片表面的沉积物为金属锂。在80、160、240和320μA·cm-2电流密度下的电解电压分别为4.52V、4.75V、4.88V和5.28V,金属锂产量分别为1.9、3.9、5.7和1.2mg·dm-2·h-1(图3)。

  当电流密度超出一定阈值的情况下,例如320μA·cm-2.正极会发生严重的副反应(电解液分解),导致锂产量降低。可见该海水提锂的技术优势在于可以直接得到金属锂单质,金属锂单质中已经蕴藏从太负能转化而来的化学能,可以通过锂-硫电池或锂-空气电池等新型电池体系释放。

  此外,恒流电解法制备速度快且可调谐,适用于大规模生产制备。该技术的发明为海洋锂资源开发和太负能向化学能的转化存储开辟了全新的道路。


标签:

点赞

分享到:

上一篇:

下一篇:

必威体育精装版app官网中国传动网版权与免责声明:凡本网注明[来源:中国传动网]的所有文字、图片、音视和视频文件,版权均为中国传动网(aeroenthusiast.com)独家所有。如需转载请与0755-82949061联系。任何媒体、网站或个人转载使用时须注明来源“中国传动网”,违反者本网将追究其法律责任。

必威体育精装版app官网本网转载并注明其他来源的稿件,均来自互联网或业内投稿人士,版权属于原版权人。转载请保留稿件来源及作者,禁止擅自篡改,违者自负版权法律责任。

相关资讯

网站简介|会员服务|联系方式|帮助信息|版权信息|网站地图|友情链接|法律支持|意见反馈|sitemap

中国传动网-工业自动化与智能制造的全媒体“互联网+”创新服务平台

Chuandong.com Copyright ©2005 - 2022 ,All Rights Reserved 版权所有 | 营业执照证书 | |