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新技术在淡化海水的同时,可以廉价地生产锂和氢气

新技术廉价地生产石头…
KAUST的一个研究小组通过实验验证了一种设备,该设备可以廉价地从海水中提取锂,同时对其进行脱盐,并产生足够的氢气和氯气来支付电费
KAUST的一个研究小组通过实验验证了一种设备,该设备可以廉价地从海水中提取锂,同时对其进行脱盐,并产生足够的氢气和氯气来支付电费
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磷酸锂粉末从红海最初的25公升水中回收,经过5个20小时的处理阶段
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磷酸锂粉末从红海最初的25公升水中回收,经过5个20小时的处理阶段
实验设置。(一)示意图说明。(b)试验台照片。(c) LLTO的晶体结构。(d)通过LLTO晶格的锂离子(e)实验LLTO膜,直径约20毫米。(f)铜空心纤维阴极图像
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实验设置。(一)示意图说明。(b)试验台照片。(c) LLTO的晶体结构。(d)通过LLTO晶格的锂离子(e)实验LLTO膜,直径约20毫米。(f)铜空心纤维阴极图像
海水流入,磷酸锂流出,加上海水淡化,氢气和氯气
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海水流入,磷酸锂流出,加上海水淡化,氢气和氯气
KAUST的一个研究小组通过实验验证了一种设备,该设备可以廉价地从海水中提取锂,同时对其进行脱盐,并产生足够的氢气和氯气来支付电费
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KAUST的一个研究小组通过实验验证了一种设备,该设备可以廉价地从海水中提取锂,同时对其进行脱盐,并产生足够的氢气和氯气来支付电费
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随着锂电池的兴起,这种柔软的银白色金属——元素周期表中最轻的固体元素——的需求激增。随着到2050年实现零碳排放的竞赛越来越激烈,交通工具的电气化势在必行,锂将在未来30年成为更有价值的资产。

电池原材料的供应甚至可能最终成为一个国家安全问题;中国在高产量电动汽车生产方面的全球领先地位,使其在这场竞争中处于领先地位。尽管大多数陆基锂储量位于智利、玻利维亚和阿根廷的“锂三角”,中国控制着全球一半以上的稀土供应简单地通过投资和所有权。它在过去已经表明,它并不害怕将大宗商品供应作为武器。

但与其他金属,比如铀在美国,陆地上的锂储量与海里的相比相形见绌。根据研究人员在沙特阿拉伯的阿卜杜拉国王科技大学(KAUST),大约有5000倍的锂在海洋中存在土地存款,和一个新开发的技术可以提取便宜足以让大的时候——而产生氢气,还有氯气和脱盐水。

这一过程依赖于一个电化学电池,该电池含有一层由锂镧钛氧化物(LLTO)制成的陶瓷膜,其孔的宽度刚好可以让锂离子通过,同时阻挡更大的金属离子。“LLTO膜以前从未被用于提取和浓缩锂离子,”开发该细胞的博士后研究员李真(音)说。

实验设置。(一)示意图说明。(b)试验台照片。(c) LLTO的晶体结构。(d)通过LLTO晶格的锂离子(e)实验LLTO膜,直径约20毫米。(f)铜空心纤维阴极图像
实验设置。(一)示意图说明。(b)试验台照片。(c) LLTO的晶体结构。(d)通过LLTO晶格的锂离子(e)实验LLTO膜,直径约20毫米。(f)铜空心纤维阴极图像

这个牢房有三个隔间。海水流入第一个隔间,带正电的锂离子从第一个隔间通过LLTO膜进入第二个隔间,该隔间装有缓冲溶液和镀有铂和钌的铜阴极。与此同时,负离子通过阴离子交换膜进入第三个含有氯化钠溶液的隔间,在那里它们被铂-钌阳极吸引。

当施加电流时,锂通过LLTO膜被拉向阴极,这个过程在阴极产生氢气,在阳极产生氯气,这两种气体都可以被收集。在未经处理的海水中,锂开始时的浓度只有百万分之0.2,实验发现,让锂在这个细胞中运行5个20小时,浓缩到百万分之9000以上,留下ph值调节、离心的溶液,清洗并干燥,留下纯度为99.94%的磷酸锂粉末,符合电池级磷酸锂的标准。

根据研究小组的说法,以这种方式生产一公斤锂(约76.3千瓦时)所需的电力大约需要5美元,而且每公斤锂将额外产生0.87公斤氢气和31.12公斤氯气。按照2020年的价格,仅这些副产品的售价就可能在6.90美元至11.70美元之间。

至于那一公斤的磷酸锂值多少钱,我找不到99.95%纯度的磷酸锂的价格,所以我对此持怀疑态度,但它的纯度是99.99%每公斤售价超过4700美元在少量。如果批量批发的话,这将是远远不够的——事实上,似乎大多数电动汽车电池都在使用电池级(99.5%)碳酸锂,大约每公斤14美元.随你怎么想。

另一个好处是,通过这个过程的一个阶段,海水的总盐浓度低于500ppm。据研究人员称,这“意味着在获取锂后,剩余的水可以作为淡水处理。”因此,该工艺也有可能与海水淡化结合,进一步提高其经济可行性。”

这齿轮能撑多久?研究人员说,他们在红海水中测试了LLTO薄膜超过2000小时,发现“性能的下降可以忽略不计”,所以情况似乎是积极的。设备会很贵吗?似乎不是这样的。“尽管仍需要进行严格的经济分析,以包括其他资本和运营费用,”该论文写道,“能源成本是这一过程中的主要支出,这一点是有争议的。”

磷酸锂粉末从红海最初的25公升水中回收,经过5个20小时的处理阶段
磷酸锂粉末从红海最初的25公升水中回收,经过5个20小时的处理阶段

那么,一台能从海洋中提取电池级锂的机器,其电力成本可以忽略不计,而这一过程中产生的氢气和氯气足以抵消这一成本——而且它还能提取脱盐的淡水?闭嘴,拿我的投资钱,对吧?

也许吧。值得注意的是,电池设计本身就含有稀土金属。另外,浓缩海水的过程需要100个小时,而这个装置只在实验室的小规模实验台上进行过测试。但是研究人员说有很大的优化空间,因为这个过程似乎在后期大大加快锂浓度上升,似乎明显更丰富的提要内容——从页岩气田水,例如,可能进一步使方程。

如果我们从海洋中提取所有的锂,我们最终会后悔吗?所有的鱼都会变得躁郁症吗?里面有很多锂。大约1800亿吨,可以供应预计2030年全球锂需求超过10万次。因此,这肯定需要一段时间——目前投入数十亿美元寻找比锂电池更好的电池解决方案可能需要一段时间。

尽管如此,它看起来确实是一种很有前途的锂生产方法。

论文全文在同行评议的期刊上开放获取能源与环境科学

来源:KAUST发现

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13个评论
13个评论
约翰Friedson
好消息,但请允许我补充一点,德国显然已经发现了大量的锂储量:https://www.slashgear.com/germans-discover-enough-lithium-in-the-rhine-river-valley-to-build-400-million-evs-02671220/
paul314
这是特别甜蜜的,因为它似乎可以同时解决几个问题。你可以把它想象成通过出售氢和氯免费获得锂,或者通过出售氢,氯,锂和其他盐类免费获得淡水。
Signguy
在我看来,真正的好处是有干净的饮用水;剩下的就是奖金了。水是生命所必需的;其他人都不是。
Dan_Linder
这似乎是一个足够简单的家庭化学实验——绝对是初中或高中水平。这将是整洁的得到一个部件清单,DIY设置在家里做这个。(尽管在家里泵送的二氧化碳源可能很棘手,但其他组件似乎并不棘手。)
van trotsenburg哈利
三会对海水的酸度产生影响吗?
martinwinlow
真的吗? !世界上还有什么地方能以0.06美元/千瓦时的价格供电呢?在沙特很好,他们可以用天然气免费生产,直到牛回家,否则天然气就会被“燃烧”掉——也就是浪费掉。但毫无疑问,这个“惊人的生态理念”将由燃烧一种更容易获得的化石燃料产生的电力来驱动——考虑到整个中东臭气熏天的经济都是基于石油。
RogerOS
哪里可以找到便宜的电力?试着挪威。根据我的电力供应商,我现在支付0.025美元/kWh,而过去7天的平均价格是0.029美元/kWh
ljaques
这是一个双赢的技术,天啊!现在看着像Gerog Soreos这样的人买下它,然后杀了它。
基督教拉森
海水中的钠和它产生的氯会发生什么变化?
Altairtech
像乔治•索罗斯(George Soros)这样的大公司和富人(在此纠正拉贾克)肯定会想要染指这一大有前途的发展,而不是推动它,而是像往常一样永远搁置它。他们严格地保护着他们在石油产品上的投资。
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