Lithium là thành phần chính của pin xe điện, nhưng các phương pháp khai thác lithium truyền thống phải đối mặt với nhiều thách thức như mức tiêu thụ cao và năng lượng thấp, đồng thời cũng khó tách lithium khỏi các nguyên tố khác (như natri, kali, magie và canxi).
Nhóm nghiên cứu của Lisa Biswal và Haotian Wang tại Đại học Rice ở Anh đã phát triển một lò phản ứng điện hóa mới có thể chiết xuất hiệu quả lithium từ dung dịch nước muối tự nhiên (như nước muối hồ muối).
Nhóm nghiên cứu cho biết, phương pháp này không chỉ đạt được khả năng chiết xuất lithium có độ tinh khiết cao 97,5% mà còn giảm đáng kể các rủi ro môi trường do các phương pháp chiết xuất truyền thống mang lại. Bài báo liên quan đã được xuất bản trong số mới nhất của Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ (DOI:10.1073/pnas.2410033121).
Theo báo cáo, nhóm kỹ thuật của Rice đã giải quyết được nhiều thách thức trong việc chiết xuất lithium thông qua lò phản ứng điện hóa ba buồng mới, đồng thời cải thiện thành công tính chọn lọc và hiệu quả của quá trình chiết xuất lithium từ nước muối.
Không giống như các phương pháp thông thường, lò phản ứng hóa học mới này có một buồng trung gian chứa chất điện phân rắn xốp giúp ngăn chặn các phản ứng ion không mong muốn và giảm thiểu việc tạo ra các sản phẩm phụ có hại như clo.
Thành phần quan trọng nhất là màng gốm thủy tinh dẫn điện lithium-ion (LICGC) đặc biệt ở một bên của máy điện phân. Màng này cho phép các ion lithium đi qua một cách có chọn lọc đồng thời chặn các ion khác, giảm đáng kể sự can thiệp từ các ion khác như kali, magie và canxi.
Từ trái sang phải Yuge Feng, Lisa Biswal và Yoon Park, nguồn: Đại học Rice
Tác giả đầu tiên Yuge Feng, một nghiên cứu sinh tại trường đại học Litva, cho biết: “Phương pháp của chúng tôi không chỉ đạt được khả năng chiết xuất lithium có độ tinh khiết cao mà còn làm giảm các rủi ro môi trường của các phương pháp chiết xuất lithium truyền thống. Lò phản ứng mà chúng tôi tạo ra có thể giảm thiểu sự hình thành các sản phẩm phụ và cải thiện tính chọn lọc của lithium”. Phòng thí nghiệm của Biswal
Tất nhiên, họ đã đạt được những kết quả rất đáng mong đợi, trong đó có độ tinh khiết lithium là 97,5%. Điều này có nghĩa là thiết bị có thể tách hiệu quả lithium và các ion khác khỏi nước muối, điều này rất quan trọng để sản xuất vật liệu lithium hydroxit chất lượng cao cho pin điện cho xe điện.
Ngoài ra, thiết kế lò phản ứng mới này còn làm giảm đáng kể việc phát sinh khí clo, giúp quá trình này an toàn hơn và thân thiện với môi trường hơn.
Ngoài ra, nhóm nghiên cứu còn quan sát thấy rằng, không giống như kali, magie hoặc canxi, các ion natri có xu hướng tích tụ trên bề mặt màng LICGC. Điều này cuối cùng sẽ cản trở việc vận chuyển lithium và dẫn đến tổn thất gia tăng, có thể ảnh hưởng đến hiệu quả khai thác lithium, nhưng các nhà nghiên cứu đã xác định các chiến lược để giảm thiểu vấn đề này, chẳng hạn như giảm mức dòng điện và họ đề xuất thêm lớp phủ hoặc xung dòng điện vào bề mặt để tối ưu hóa hơn nữa lò phản ứng.
Haotian Wang, phó giáo sư kỹ thuật hóa học và phân tử sinh học cho biết: “Lĩnh vực của chúng tôi từ lâu đã phải đối mặt với các vấn đề về hiệu suất khai thác lithium thấp và ô nhiễm môi trường”. "Lò phản ứng này chứng tỏ tiềm năng kết hợp khoa học cơ bản với đổi mới kỹ thuật để giải quyết các vấn đề trong thế giới thực."