海水可以提供幾乎無限量的關鍵電池材料

蓬勃發展的電動汽車銷售刺激了對鋰的需求不斷增長。但是，用於製造充電電池的輕金屬並不豐富。現在，研究人員報告了開發實際上無限供應的鋰的重要一步: 直接從海水中提取鋰。

首爾國立大學(Seoul National University)化學工程師張旭財(Jang Wook Choi)表示，這代表著該領域的&34;。他補充說，這種方法也可能被證明對從廢舊電池中回收鋰是有用的。

鋰是可充電的，因為它比其他電池材料儲存更多的能量。製造商每年使用超過160,000噸這種材料，預計在未來十年內這個數字將增長近10倍。但鋰的供應有限，而且集中在少數幾個國家，這些國家要麼開採鋰，要麼從鹹水中提取鋰。

鋰的稀缺引發了人們的擔憂，即未來的短缺可能會導致電池價格飆升，並阻礙電動汽車以及特斯拉動力牆(Tesla Powerwalls)等其它依賴鋰的技術的發展。動力牆是一種固定電池，通常用於存儲屋頂太陽能。

海水可能會起到拯救作用。全世界的海洋包含了大約1800億噸的鋰。但是它是稀釋的，大約是百萬分之0.2。研究人員設計了許多過濾器和膜，試圖有選擇地從海水中提取鋰。但這些努力依賴於蒸發掉大部分水來濃縮鋰，這需要大量的土地使用和時間。到目前為止，這種努力還沒有證明是經濟的。

和其他研究人員也嘗試使用鋰離子電池電極直接從海水和滷水中提取鋰，而無需先將水蒸發。這些電極組成的三明治樣分層材料旨在捕捉和保存鋰離子作為電池充電。在海水中，一個負電壓作用在抓鋰電極上，將鋰離子吸入電極。但是它也吸收了鈉，一種化學上類似的元素，在海水中的含量是鋰的10萬倍。如果這兩種元素以同樣的速度進入電極，鈉幾乎完全擠出鋰。

為了解決這個問題，由史丹福大學材料科學家崔領導的研究人員，尋找使電極材料更具選擇性的方法。首先，他們在電極表面塗上一層薄薄的二氧化鈦作為屏障。因為鋰離子比鈉離子小，它們更容易蠕動通過和進入電極三明治。

研究人員還改變了他們控制電壓的方式。他們沒有像其他人那樣給電極施加恆定的負電壓，而是循環電壓。首先，他們施加了一個負電壓，然後他們短暫地關閉了它。接下來，他們施加一個正電壓，再次關閉它，然後重複這個循環。

Cui 解釋說，電壓的變化導致鋰離子和鈉離子進入電極，停止，然後在電流逆轉時開始返回。然而，由於電極材料對鋰的親和力略高於鈉，鋰離子最先進入電極，最後離開。因此，重複這個循環使鋰濃縮在電極中。經過10次這樣的循環，只需要幾分鐘，崔和他的同事們最終得到了鋰和鈉的1:1的比例，他們在本月的《焦耳》雜誌上報導了這一結果。

&34;芝加哥大學(University of Chicago)材料科學家劉(Chong Liu)表示，與之前利用電池電極獲取鋰的嘗試相比，&34;劉曾是崔實驗室的博士後科學家。

劉說，這一進步可能還不夠便宜，不足以與陸地上的鋰礦競爭。然而，她說她的團隊正在嘗試使用其他類型的鋰離子電池電極來提高選擇性。

Choi 補充說，這種方法也可能被證明對從廢棄的電池中回收鋰有用，從而延長電池的使用壽命，並有可能為電動汽車的優勢提供超充電。