Ученые из России, Сингапура и Китая создали мембрану, которая извлекает литий из переработанных аккумуляторов — и делает это с эффективностью до 98%. До недавнего времени не существовало методов, которые позволяли бы избирательно выделять его без вреда для окружающей среды, несмотря на то что литий — ключевой металл для зеленой энергетики. Разработка сократит нагрузку на экологию и уже внедряется на предприятии в Сингапуре. Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Nano.
Во всем мире набирает популярность электрический транспорт. По данным International Energy Agency, мировые продажи электромобилей в 2024 году превысили 17 миллионов — более 20% новых автомобилей, проданных по всему миру, были электрическими. По сравнению с традиционным такой вид транспорта считается более безопасным для экологии и городской среды: электромобили выбрасывают меньше вредных веществ в атмосферу и производят меньше шума. Несмотря на это пока электрический транспорт нельзя назвать полностью экологичным — все дело в сложной добыче и переработке литий-ионных аккумуляторов, на которых работает значительная часть современной электроники, в том числе многие электромобили, а также ветровые и солнечные электростанции, смартфоны, медицинская техника.
Сейчас для создания таких аккумуляторов литий добывают из подземных залежей соленой воды, что приводит к загрязнению и истощению водных ресурсов. Более экологичный способ добычи лития — это переработка уже использованных литий-ионных аккумуляторов. Сейчас это делают с помощью электрохимических методов — абсорбции и осаждения, которые чувствительны не только к литию, но и к магнию. Поэтому ученые ищут новые методы, которые позволят перерабатывать литий-ионные батареи и точечно извлекать литий из них.
Ученые из ИТМО, Национального университета Сингапура и Гуандунского технологического университета (Китай) разработали мембрану на основе миксена и целлюлозы, которая с эффективностью не меньше 90% избирательно извлекает ионы лития из сложных сред. Мембрана позволяет добывать литий из соленых растворов (например, рассолов соленых озер) и переработанных литий-ионных аккумуляторов. Нагревая или охлаждая целлюлозу в мембране, можно менять свойства материала и контролировать наноканалы, которые селективно сорбируют ионы лития и при этом не сорбируют ионы магния. По словам ученых, предложенный метод энергоэффективен — процесс управляется электрическим нагревом и не требует больших затрат энергии.
MXene (миксен) — двумерный материал на основе титана, азота и углерода — и целлюлоза были выбраны не случайно. Целлюлоза имеет свойство изменять содержание воды, что позволяет управлять чувствительностью мембраны к различным ионам. Миксен — это популярная среди материаловедов слоистая структура, обладающая электропроводностью — свойством, которое важно для извлечения ионов лития.
«Ученые из Китая и Сингапура разработали мембраны, а мы посчитали их эффективность. Для проверки свойств мембраны коллеги использовали растворы с различными ионами: лития, натрия, магния и калия. Чтобы изучить эффективность мембраны, мы посчитали сорбцию лития с помощью методов квантовой химии. Расчеты показали высокие результаты: технология позволила выделить из соленого раствора 90% ионов лития и 98% — из рассола, приготовленного из литий-ионных батареек. Предложенный метод превосходит многие мембранные методы выделения лития и по эффективности сопоставим с выделением лития из твердых минералов (например, сподумена) — однако наш процесс значительно энергоэффективнее», — рассказал один из авторов исследования, доцент научно-образовательного центра инфохимии ИТМО Иван Москаленко.
Зарубежные коллеги уже внедряют технологию на предприятии в Сингапуре.
Информация предоставлена пресс-службой Университета ИТМО
Источник фото: ru.123rf.com
