Российские, сингапурские и китайские ученые разработали мембрану, позволяющую извлекать литий из аккумуляторов, прошедших переработку, с эффективностью, достигающей 98%. Ранее не было доступно способов селективного извлечения этого металла без нанесения ущерба экологии, хотя литий и является важнейшим компонентом для развития экологически чистой энергетики. Данная разработка снизит воздействие на окружающую среду и уже применяется на предприятии в Сингапуре. Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Nano.
Электрический транспорт становится все более востребованным во всем мире. По информации Международного энергетического агентства, объем продаж электромобилей в глобальном масштабе в 2024 году превысили более 20% всех новых автомобилей, реализованных в мировом масштабе, что составляет 17 миллионов единиц, были электрическими. Это значительно отличается от обычных транспортных средств считается более безопасным для экологии и городской среды: электромобили выбрасывают меньше вредных веществ в атмосферу и производят меньше шума. Несмотря на это пока электрический транспорт нельзя назвать полностью экологичным — все дело в сложной добыче и переработке литий-ионных аккумуляторов, на которых работает значительная часть современной электроники, в том числе многие электромобили, а также ветровые и солнечные электростанции, смартфоны, медицинская техника.
В настоящее время литий для производства аккумуляторов получают из подземных отложений соленой воды, что вызывает загрязнение и истощение водных запасов. Более экологичной альтернативой является переработка отработанных литий-ионных аккумуляторов. В настоящее время это осуществляется с помощью электрохимических процессов, включающих абсорбцию и осаждение, которые реагируют не только на литий, но и на магний. В связи с этим, исследователи разрабатывают новые технологии, позволяющие перерабатывать литий-ионные батареи и извлекать литий из них избирательно.
Сотрудники ИТМО, Национального университета Сингапура и Гуандунского технологического университета (Китай) создали мембрану, основу которой составляют миксен и целлюлоза. Она обеспечивает избирательное извлечение ионов лития из сложных сред с эффективностью не менее 90%. Мембрана позволяет добывать литий из соляных растворов, таких как рассолы соленых озер, а также из переработанных литий-ионных аккумуляторов. Изменяя температуру целлюлозы в мембране, можно регулировать свойства материала и контролировать наноканалы, которые избирательно поглощают ионы лития, одновременно исключая поглощение ионов магния. Ученые утверждают, что предложенный подход отличается энергоэффективностью — он основан на электрическом нагреве и не предполагает значительных энергетических затрат.
Выбор MXene (миксен), двумерного материала, состоящего из титана, азота и углерода, и целлюлозы был обусловлен определенными свойствами каждого из них. Целлюлоза способна регулировать влажность, что позволяет настраивать чувствительность мембраны к различным ионам. Миксен – это востребованная в материаловедении слоистая структура, характеризующаяся электропроводностью, важной для извлечения ионов лития.
«Китайские и сингапурские ученые создали мембраны, и мы провели оценку их эффективности. Для оценки характеристик мембран исследователи использовали растворы, содержащие ионы лития, натрия, магния и калия. Сорбцию лития мы проанализировали с использованием методов квантовой химии для определения эффективности мембраны. Полученные расчетные данные демонстрируют значительные результаты: технология позволяет извлекать из соленого раствора 90% ионов лития и 98% — из рассола, полученного из литий-ионных батареек. Предложенный метод превосходит многие мембранные технологии выделения лития и по эффективности сопоставим с извлечением лития из твердых минералов (например, сподумена), однако наш процесс значительно более энергозатратный» , — по словам одного из разработчиков исследования, доцента научно-образовательного центра инфохимии ИТМО Ивана Москаленко.
Технология уже внедряется на одном из предприятий в Сингапуре по инициативе зарубежных коллег.
Сообщение предоставлено пресс-службой Университета ИТМО