随着电动汽车市场的蓬勃发展，锂离子电池所需的矿物质--锂的需求也急剧上升。过去十年间，全球锂产量增长了两倍多。但目前从岩矿或卤水中提取锂的方法速度缓慢，能源需求大，环境成本高。此外，这些方法还需要浓度极高的锂资源，而且只有少数几个国家有这种资源。
现在，芝加哥大学普利兹克分子工程学院（PME）的研究人员优化了一种新方法，可以从更稀释、更广泛的矿物质来源中提取锂，这些来源包括海水、地下水以及压裂法和近海石油钻探留下的 "回流水"。
"目前，锂的需求量和产量之间存在差距，"Neubauer 家族分子工程助理教授、这项发表在 Nature Communications 上的新研究的资深作者刘冲（音译）说。"我们的方法可以从非常稀的液体中高效提取矿物质，这可以大大拓宽锂的潜在来源"。
在新的研究中，研究人员展示了某些磷酸铁颗粒如何能最有效地从稀液体中提取锂。他们的新发现可能会加速一个更快、更环保的锂提取时代的到来。
如今，锂电池中使用的大部分锂都来自两种基本的提取工艺。锂矿石可以用重型机械开采、粉碎，然后用酸处理以分离出锂。另一方面，卤水锂池则使用大量的水泵将水抽到地表，然后经过一年多的时间蒸发掉，从而获得干燥的锂。
研究人员率先采用了一种完全不同的方法，从稀液体中提取锂。他们根据锂的电化学特性，利用橄榄石磷酸铁的晶格来分离锂。由于锂的大小、电荷和反应性，锂会被吸入橄榄石磷酸铁柱的空隙中--就像水被浸入海绵的孔中一样。但是，如果柱体设计完美，同样存在于盐水中的钠离子就会被排除在外，或者以更低的水平进入磷酸铁柱。研究人员测试了橄榄石磷酸铁颗粒的变化如何影响其选择性分离锂而非钠的能力。
研究小组用不同的方法合成了橄榄石磷酸铁颗粒，得到了从20纳米到6000纳米不等的颗粒尺寸。然后，他们根据这些颗粒的大小将它们分成不同的组，并用它们制造出可以从弱溶液中提取锂的电极。他们发现，当磷酸铁颗粒过大或过小时，它们往往会让更多的钠进入其结构中。这导致锂的提取纯度降低。这些发现对于推动电化学锂萃取走向商业化应用至关重要。他们建议研究人员不仅要关注生产橄榄石磷酸铁，还要关注生产理想粒度的橄榄石磷酸铁。
原文链接：“Identifying critical features of iron phosphate particle for lithium preference,” Yan et al, Nature Communications, June 7, 2024. DOI: 10.1038/s41467-024-49191-3
