Elektrikli araçlar için pillerde kritik bir bileşen olan lityuma yönelik büyüyen küresel talebi karşılama yarışında, bir araştırmacı ekibi sektörü yeniden şekillendirebilecek çığır açıcı bir lityum çıkarma yöntemi geliştirdi. Araştırmacılar, çalışmalarında katı hal elektrolitlerini (SSE’ler) sulu lityum çıkarma için membran malzemeleri olarak yeniden kullanarak neredeyse mükemmel lityum seçiciliği gösterdiler.
Lityum çıkarma yönetimi
Başlangıçta katı hal pillerinde lityum iyonlarının hızlı iletimi için tasarlanmış olsalar da (başka iyonlar veya sıvı çözücüler yoktur), SSE’lerin son derece düzenli ve sınırlandırılmış yapısının sulu karışımlarda hem iyonların hem de suyun benzeri görülmemiş bir şekilde ayrılmasını sağladığı bulundu.
Bu keşif, hem zaman alıcı hem de çevreye zarar veren geleneksel madencilik ve çıkarma tekniklerine olan bağımlılığı azaltarak sürdürülebilir kaynak geri kazanımında potansiyel bir atılım sunuyor.
Nancy ve Clint Carlson İnşaat ve Çevre Mühendisliği Profesörü ve makalenin yazarı Menachem Elimelech: “Sorun sadece lityum üretimini artırmak değil, bunu hem sürdürülebilir hem de ekonomik olarak uygulanabilir bir şekilde yapmaktır” diyor. Lityum çıkarımını çevresel olarak daha sürdürülebilir hale getirmek için araştırmacılar, petrol ve gazdan üretilen su, endüstriyel atık su ve jeotermal tuzlu sular gibi alışılmadık kaynaklardan lityumu geri kazandıran doğrudan lityum çıkarma teknolojilerini araştırıyorlar. Ancak bu yöntemler, özellikle lityumu magnezyum ve sodyum gibi benzer boyutta veya yükte diğer iyonlardan ayırmaya çalışırken iyon seçiciliğiyle mücadele etti.
Elimelech ve ekibi tarafından geliştirilen yeni yaklaşım, SSE’ler ile geleneksel nano gözenekli membranlar arasındaki temel bir farka dayanmaktadır. Geleneksel membranlar iyonları taşımak için hidratlı nano ölçekli gözeneklere güvenirken, SSE’ler lityum iyonlarını son derece düzenli bir kristal kafes içinde susuz bir sıçrama mekanizmasıyla taşır.
Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nde doktora sonrası araştırmacı olan ilk yazar Sohum Patel: “Bu, lityum iyonlarının zardan geçerken diğer rakip iyonların ve hatta suyun etkili bir şekilde engellendiği anlamına gelir. SSE tabanlı yaklaşımımızın sunduğu aşırı seçicilik, enerjinin yalnızca istenen lityum iyonlarını zardan geçirmek için harcanması nedeniyle lityum hasadı için oldukça verimli bir yöntem haline getiriyor” dedi.
Ayrıca, Rice’daki Elimelech laboratuvarında doktora sonrası araştırmacılar olan Arpita Iddya, Weiyi Pan ve Jianhao Qian’ı da içeren araştırma ekibi, uygulanan bir elektrik alanının lityum iyonlarını membran boyunca sürdüğü bir elektrodiyaliz düzeneği kullanarak bu fenomeni test etti. Sonuçlar çarpıcıydı: Rekabet eden iyonların yüksek konsantrasyonlarında bile, SSE, ürün akışında tespit edilebilir rekabet eden iyonlar olmadan sürekli olarak neredeyse mükemmel lityum seçiciliği gösterdi; bu, geleneksel membran teknolojilerinin başaramadığı bir şeydi.