研究人員嘗試從海水中提取鋰
電動汽車行業的蓬勃發展，市場對鋰的需求不斷增長。這種輕金屬是制造大功率可充電電池的關鍵，但其儲備量不夠豐富一直是個問題。近日，一項來自斯坦福大學的研究可謂向鋰資源的無限供應邁出了重要一步：研究人員正嘗試直接從海水中提鋰。
相對于其他電池材料，鋰可以在同等重量單位下存儲更多能量。每年，制造鋰電池的廠商可消耗16萬噸原材料，未來十年，這一需求量有望增長近十倍。
鋰的稀缺引發人們的擔憂，日后鋰電池價格可能因原材料供應不足而飛速上漲，且阻礙電動汽車及相關技術的發展。
但海水中的鋰資源相當可觀，全球海洋中包含的鋰約有1800億噸。問題在于海水中鋰的濃度非常稀薄，約為百萬分之0.2。研究人員設計了各種各樣的過濾器和膜，以便針對性地從海水中提鋰。但目前為止相關技術都需要大量蒸發海水以提高鋰的濃度，算上占用的土地和花費的時間，這筆賬并不劃算。
也有科學家嘗試把鋰電池電極放到海水中，利用電極上的負電壓提鋰。但海水中還存在大量的鈉，其元素性質與鋰極為相似，提鋰時，鈉也會被吸入。由于海水中的鈉比鋰多得多，提鋰過程中往往會摻入大量的鈉，甚至擠占到鋰的提取空間。
在本月《焦耳》刊發的研究中，斯坦福大學教授崔屹團隊提出了一種針對性更強的提鋰方法。他們在電極上涂覆一層薄薄的二氧化鈦，鋰離子比鈉離子體積更小，所以更易穿過薄膜進入電極。
團隊還改變了控制電壓的方法。不同于向電極施加恒定電壓，他們采取了一種循環的方式：先施加負電壓，然后暫時關閉，接著再施加正電壓，再關閉，如此循環往復，幾分鐘內可重復十次。
如此設計是因為電壓變化也會影響鋰離子和鈉離子向電極靠攏。采用對鋰親和力更高的電極材料后，鋰離子會比鈉離子更早進入電極，也會更晚離開電極。數次循環過后，鋰就能集中在電極里。最終，研究者得到了鈉鋰比1：1的結果。
接受《科學》采訪時，首爾國立大學化學工程師崔長旭如此點評這項研究：“這項技術意味著該領域取得了一項實質性進步”，并指出該技術對廢舊電池中的鋰資源回收可能也有幫助。
但也有學者指出，和在陸地上開采鋰資源相比，這種方式的成本并不低，但一些研究團隊正嘗試對鋰電電極做改進，試圖拓寬電極的選擇范圍，降低成本。
相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.05.017
