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        科學家嘗試從海水中提取鋰金屬 滿足激增的鋰電池需求。

        • 發表時間:2021/10/11
        伴隨著全球汽車工業朝著電氣化方向發展,鋰電池的需求到本世紀末預估會是現在的 5 倍。激增的電池需求迫使各家公司紛紛尋找鋰電池的新來源。芝加哥大學普利茲克分子工程學院的一位科學家認為,我們所需要的龐大鋰金屬正蘊藏在大海中,等待著我們的進一步發掘。

        目前,世界上大約 75% 的鋰來自于橫跨阿根廷、玻利維亞和智利的一片山地,這個地區被稱為“鋰三角”。在那里,金屬是通過將鹽水泵入巨大的露天盆地,在一年的時間里將其蒸發掉而提取的。然而,這個漫長的過程在一個渴望鋰的世界里是一個主要的瓶頸,雖然有其他的來源,但大多數都有環境成本。

        為了防止迫在眉睫的短缺,包括美國在內的許多國家都在尋找可持續的方法來提取這種需求量大的元素。這就是普利茲克分子工程學院紐鮑爾家族助理教授劉崇(Chong Liu,音譯)的作用。

        劉崇是一位材料科學家,她研究物質的特性,以創造高度專業化的材料。目前,她的實驗室正在開發一種新型的電極,可以通過一種叫做電化學插層(electrochemical intercalation)的過程從海水中提取有價值的元素。雖然劉的工作仍處于早期階段,但它可能是在任何地方提取鋰的最可持續方法之一。

        劉說:“我們的主要動機是創造一個盡可能環保的過程。由于我們采取的是電化學方法,我們完全避免了對強熱或強酸的需求,而且我們只得到我們想要的元素--這就是單離子的選擇性”。

        這種方法是美國能源部正在認真對待的一種方法。9 月 2 日,劉被任命為 13 名研究人員之一,他們將獲得 3000 萬美元的基金,旨在確保國家清潔能源技術的關鍵材料供應。

        美國能源部部長珍妮弗-格蘭霍姆(Jennifer M. Granholm)說:“擴大電動汽車基礎設施,加強我們國家的電網,并通過數百萬個清潔能源工作崗位為我們的經濟提供動力,這些都依賴于鈷和鉑等關鍵材料供應鏈的保障。我們無碳的未來的關鍵在于加強美國的清潔工業,建立美國制造的關鍵材料的強大供應鏈系統,并在國內和國外積極部署由此產生的氣候技術”。

        在分子層面上,Liu通過設計高度特定的電極材料來實現這一目標,這些材料將離子吸引到電極上,同時只捕捉某些元素,將其捕獲。不過,這種方法也有挑戰。因為海水中的鋰濃度相當低,約為百萬分之 0.2,任何提取技術都需要非常高效,以便以合理的速度提取鋰。此外,為了在工業規模上使用這些電極,它們將需要由高選擇性、高耐久性的材料制成。選擇最佳候選材料將需要時間。

        劉明白這些挑戰,她已經在設計層面上考慮了這些挑戰。她的實驗室已經在材料選擇過程中看到了有希望的結果,將候選材料縮小到幾個可能的系列,她正在努力用新的機器學習技術來進一步完善。她希望在未來十年內,會有一個新的、完全可持續的鋰提取系統。

        劉說:“我完全期待在10年或20年內,我們將看到人員和貨物運輸方式的徹底轉變。但是為了創造這一點,為了認真解決氣候變化問題,我們需要為該過程的每一個方面找到環境友好的方法,包括電池制造。這就是我們希望提供的東西”。

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