科学家找到提取锂的新方法

横跨智利阿塔卡马沙漠的大型含锂盐水蒸发池。图片来源：JOHN MOORE

如今，作为电动汽车制造、航空航天等许多领域必不可少的关键金属，锂被称为“白金”“白色石油”。据《科学》报道，近期的一系列研究成果有望实现锂的高效、低能耗、绿色提取。

全球锂资源供不应求。目前大部分锂开采自智利、阿根廷、玻利维亚等地巨大的含锂盐水蒸发池。人们通过日照蒸发水分并浓缩锂离子，然后向其中添加化学物质，使锂以固体碳酸锂的形式析出。然而，采用这种提取方法仅蒸发这一步就需要一年多时间，并且绵延数百平方公里的蒸发池大多设在沙漠中，建造和维护成本高昂。

为解决上述问题，研究人员一直在探索高效、低能耗、绿色的锂资源开采方法。例如用电力替代太阳光，该方法通常会设置两个装有电极的腔室，一个充满盐水，另一个充满纯净水，两个腔室由一层只允许某些特定离子通过的膜隔开。纯水腔室中的水分子电离产生氢气和氢氧根离子，这些带负电的离子会吸引盐水腔室中带正电的锂离子，并使其穿过膜。同时，在盐水腔室一侧，水在电极上失去电子，最终产生氧气。如此循环往复，直至纯水腔室中的锂浓度足够大而沉淀出来。

这个方法并不新鲜，但存在两个弊端。一是该装置需要消耗大量电力，且大部分用在形成氧气的非常缓慢的反应上;二是盐水腔室会缓慢反应生成有毒的氯气。

如今，美国斯坦福大学材料科学家崔屹等人开发了一种缓解上述问题的方法，即在锂离子被吸引到纯水腔室时，捕获该腔室产生的氢气，并将其输送到掺有氢氧化钠的盐水腔室。这种廉价添加剂释放的氢氧根离子，只需要很小的电压就可以与注入的氢气反应并形成水。该方法将整个装置的电力需求减少了80%，并从一开始就防止了氧气的形成。此外，上述快速反应还可以防止有毒氯气的生成。相关研究成果近日发表于《物质》。

崔屹团队此前曾利用银电极开发了一种能一边发电一边提取锂的装置。虽然该装置提取锂的速度大约只有新方法的一半，但增加了锂提取有一天成为负碳过程的可能性。

在另一项研究中，美国莱斯大学的工程师Lisa Biswal和同事开发了一种3腔室装置，也同样能够抑制有毒氯气的产生。相关研究近期发表于美国《国家科学院院刊》。

研究人员将盐水腔室设置在两个装有电极的纯水腔室之间，3个腔室通过离子膜分隔。Biswal说，锂离子在通电后最终会集中在其中一个纯水腔室中，离子膜则使氯离子保留在中间的盐水腔室中，从而防止它们遇到纯水腔室中的电极而生成氯气。

“如果我们能实现更快、更高效、低能耗的采集，那么就会有足够的锂满足我们的所有需求。”Biswal说。(徐锐)

相关论文信息：

https://doi.org/10.1073/pnas.2410033121