Литий давно стал ключевым элементом современной энергетики — именно он обеспечивает высокую емкость и долговечность аккумуляторов. Однако добывать его из природных источников всё сложнее: это дорого, непросто и зачастую наносит вред экологии. Поэтому учёные ищут альтернативы и всё чаще обращают внимание на уже отработанные литий-ионные батареи.
И хотя таких батарей накопилось огромное количество, извлечь из них чистый литий всё ещё непросто. Но исследователи из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн предложили метод, который может изменить правила игры.
Как работает новая технология
Команда под руководством профессора химической и биомолекулярной инженерии Сяо Су начала с разборки использованных аккумуляторов. Полученные компоненты учёные поместили в органический растворитель. В результате образовался своего рода солевой раствор — «рассол», содержащий литий и другие металлы, присутствующие в батареях.
Ключевой элемент технологии — специально разработанный электрод из сополимера. Он состоит из двух типов молекул: одни способны выборочно связывать ионы лития, а другие реагируют на электрический ток.
Когда этот электрод опускают в раствор и подают напряжение, он буквально «всасывает» из него только литий, оставляя остальные металлы позади — точно как губка, но с молекулярной точностью.
Экономия и экологичность
Эффективность метода впечатляет: электрод сохраняет работоспособность более чем в 500 циклах, а стоимость извлечения лития составляет всего 12,70 доллара за килограмм.
Для сравнения:
- кислотное выщелачивание — 81–462 доллара/кг, при этом образует химические отходы;
- высокотемпературная плавка — 36–126 долларов/кг, но плохо отделяет литий от других элементов.
Иными словами, новая технология дешевле всех существующих методов — и даже дешевле, чем покупка лития на открытом рынке, где он стоит около 13,17 доллара/кг.
Учёные подчёркивают, что пока это демонстрация концепции. Однако в будущем подход можно масштабировать и внедрять в промышленность. Если идея выстрелит, переработка батарей может стать первым по-настоящему коммерчески жизнеспособным источником лития.
По словам Сяо Су, результаты работы показывают широкие перспективы электрохимических методов разделения металлов — не только в воде, но и в органических растворителях, которые уже используются в переработке аккумуляторных отходов.
Разработка может стать важным звеном в создании более устойчивой цепочки поставок лития и снизить экологический ущерб, связанный с горнодобычей.
Исследование опубликовано в журнале ACS Energy Letters.
