Elektrik cərəyanı və hidrogen peroksidin köməyi ilə Penn State tədqiqatçıları elektrik avtomobillərində və portativ elektrik cihazlarında istifadə olunan akkumulyatorların əsas komponenti olan litiumun adi mineral spodumendə olan filizdən birbaşa çıxarılmasının daha səmərəli üsulunu işləyib hazırlamışlar. Penn Ştatında enerji mühəndisliyi üzrə dosent Feyfei Şinin rəhbərlik etdiyi komandaya görə, proses ənənəvi, daha az dayanıqlı hasilat üsulları ilə müqayisədə maya dəyərini 35,6% və CO _{2 emissiyalarını 75,3% azalda bilər.}

Tədqiqatçılar öz nəticələrini Nature Communications jurnalında dərc ediblər .

Litium yığmağın iki ümumi yolu var : böyük duzlu göllər vasitəsilə və ya qaya birləşmələrində basdırılmış litium filizindən. Hal-hazırda, litiumun 70% -i aşağı qiymətə görə duzlu su ilə yığılır, lakin tədqiqatçıların fikrincə, hər ikisinin əhəmiyyətli mənfi təsirləri var.

Duzlu su üsulu bir neçə ay çəkə bilər və adətən yüksək konsentrasiyalı duz məhlulunun böyük göllərinin buxarlanmasını və litium duzunun natriumdan kimyəvi ayrılmasını əhatə edir. Zhang’a görə, məhlul tamamilə buxarlandıqdan sonra, qalan torpaq demək olar ki, qısırlaşır və çox bitki həyatını dəstəkləyə bilməz.

Digər ənənəvi üsul, güclü turşular və ya əsaslar və 1100 dərəcə Selsi kimi yüksək temperatur tələb edən litiumun filizdən yuyulmasıdır . Yüksək temperaturda spodumenin atom sıxlığı azalır, buna görə turşu litium ionlarını hidrogen ionları ilə əvəz etmək üçün lazım olan kimyəvi reaksiyaları asanlaşdıra bilər və litiumun ekstraksiya üçün sərbəst buraxılmasına səbəb olur. Tədqiqatçıların fikrincə, bu temperaturun kommersiya miqyasında saxlanması əhəmiyyətli enerji istehlakı tələb edir, yüksək konsentrasiyalı turşuya ehtiyac isə əlavə xərclər və təhlükəsizlik təhlükələri yaradır.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=188&slotname=2793866484&adk=1121470953&adf=746485419&pi=t.ma~as.2793866484&w=750&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1738312016&rafmt=11&format=750×188&url=https%3A%2F%2Ftechxplore.com%2Fnews%2F2025-01-method-sustainable-lithium-emissions.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTMyLjAuNjgzNC4xNjAiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siTm90IEEoQnJhbmQiLCI4LjAuMC4wIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzMi4wLjY4MzQuMTYwIl0sWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTMyLjAuNjgzNC4xNjAiXV0sMF0.&dt=1738312016151&bpp=1&bdt=104&idt=153&shv=r20250129&mjsv=m202501270101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Dfdc40d724f2dca57%3AT%3D1735367325%3ART%3D1738311573%3AS%3DALNI_MYStQ6fUQQQLyo5Z7z1h-XhXcWBtA&gpic=UID%3D00000f80eacffadc%3AT%3D1735367325%3ART%3D1738311573%3AS%3DALNI_MYaOugky0UawScoidzfbXof3-N-iw&eo_id_str=ID%3De43bb863646b60b8%3AT%3D1735367325%3ART%3D1738311573%3AS%3DAA-AfjbQoPwZqH28q9IwcCLRSzzg&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=4336296954545&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=447&ady=1712&biw=1903&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=95350442%2C31090066%2C95347433&oid=2&pvsid=2221023878231296&tmod=84239033&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=158

“Birincisi, hər gün bu istiyə tab gətirmək üçün tələb olunan ağır yük infrastrukturunu düşünün; bu, baha başa gəlir və işçilər üçün potensial təhlükədir” dedi Şi. “İkincisi, biz sadəcə litium istehsal etmək üçün ətraf mühitimizə güzəştə gedə bilmərik. Elektrikli nəqliyyat vasitələrinin yaradılması üçün daha davamlı bir yol potensialı çoxaldıcı rolunu oynaya və xalis sıfır emissiyaya nail olmağımıza kömək edə bilər.”

Tədqiqat qrupunun yeni metodu bərk hallı litium ehtiyatlarını elektrokimyəvi yolla süzmək və ya həll olunan maye formada həll etmək üçün minerala elektrik sahəsini tətbiq edir. Ənənəvi yuyulma üsulları ilə müqayisədə, ionların elektrokimya vasitəsilə həll edilməsi mineralın təbii vəziyyətini dəyişdirmək üçün yüksək temperatur, yüksək təzyiq və ya yüksək konsentrasiyaya malik yuyulma agenti tələb etmir.

İlk sınaqlarda cərəyan mineraldakı elektronları həyəcanlandırdı, bu da bəzi litium ionlarını azad etdi, lakin optimallaşdırılmış kommersiya tətbiqi üçün yanaşmanı genişləndirmək üçün kifayət etmədi. Şi, yuyulmanı təşviq etmək üçün hidrogen peroksiddən istifadə etməyi tövsiyə etdi , bu, yuyulma reaksiyasının maneələrini aşağı salacaq və elektronların daha səmərəli nəqlini asanlaşdıracaq.

Tədqiqatlar zamanı tədqiqatçılar ənənəvi metodlarla müqayisə oluna bilən 92,2% effektivlik müşahidə ediblər. Bununla belə, onların metodu daha az emal müddəti tələb edir, çünki vasitəçi əlavə ayırma tələb edən çirkləri əlavə etmir.

“Duzlu sudan litium çıxarmaq suyun yavaş-yavaş buxarlanmasını gözləməyinizi tələb edir, siz duzun nə qədər sürətlə istehsal olunduğunu idarə edə bilməzsiniz və yalnız səth sahəsini artırmaqla daha çox istehsal edə bilərsiniz – beləliklə daha çox duz gölməçəsi və daha çox mənfi təsirlər” dedi Şi. . “Lakin bizim metodumuzla biz istədiyimiz qədər spodumen əlavə edə və yuyulma reaksiyasını yaratmaq və ya sürətləndirmək üçün sadəcə elektrik cərəyanını artıra bilərik.”

Penn Ştatının enerji və ətraf mühit iqtisadiyyatı professoru və tədqiqatın həmmüəllifi Zhen Lei, cari üsullarla müqayisədə xərc və karbon emissiyalarının potensial azalmasını vurğuladı.

“Xərclərə qənaət və emissiyanın azaldılması üçün əsas amil ondan ibarətdir ki, bizim metodumuz həm elektrik enerjisindən, həm də təbii qazdan enerji girişi kimi istifadə edən mövcud metoddan fərqli olaraq yalnız və çox səmərəli şəkildə elektrik enerjisini əhatə edir” dedi Lei. “Xərclərə qənaət üçün başqa bir əsas amil bizim metodumuzun daha az kimyəvi maddələrdən istifadə etməsidir. Əgər metodumuz geniş miqyaslı litium hasilatı ilə yaxşı işləyə bilərsə, onun ətraf mühitə təsirini azaltmaq üçün böyük potensial var.”

Zhang üçün növbəti addım litiumun sənayenin birbaşa istifadə edə biləcəyi litium xlorid və ya litium hidroksid kimi bərk prekursorlara selektiv şəkildə bərpa etmək üçün elektrokimyəvi üsul hazırlamaqdır.

Zhang dedi: “Sütləşdirmə yalnız birinci fəsildir”. “Biz filizlərdən suya litium çıxardıq, indi hekayəni tamamlamaq üçün onu bərk fazaya çevirməliyik.”

Şi, Penn State-də daha çox iş və əlavə araşdırmaların olduğunu söylədi.

“Biz həqiqətən bunun bir inqilab olduğunu düşünürük” dedi Şi. “Elektrokimya mədənçıxarma və ya mineral emalı ilə bağlı bir çox maraqlı, fənlərarası tədqiqatlara qapı açacaq.”

Penn Ştatının əlavə töhfəçiləri arasında enerji və mineral mühəndisliyi üzrə magistr tələbəsi Jianwei Lai; Yang Yang, mühəndislik elmləri və mexanika kafedrasının dosenti; və tədqiqat köməkçisi Cozef Volf, enerji və mineral mühəndisliyi üzrə bakalavr tələbəsi. Tədqiqat zamanı Penn State-də mühəndislik elmləri və mexanika üzrə postdoktorluq alimi olan və hazırda Kaliforniya İrvine Universitetində olan Ying Han da öz töhfəsini verib.

Daha çox məlumat: Hanrui Zhang et al, Litiumun filizlərdən elektrokimyəvi yuyulma ilə birbaşa çıxarılması, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-48867-0

Jurnal məlumatı: Nature Communications Pensilvaniya Dövlət Universiteti tərəfindən təmin edilmişdir