Литий нужен для аккумуляторов смартфонов, электромобилей и электросетей. Но добывать его долго и энергозатратно. Исследователи из Техасского университета в Остине (University of Texas at Austin) предложили новый способ отделять литий от других элементов. Работа опубликована в Journal of the American Chemical Society.

В основе технологии - наноразмерные искусственные каналы. Это крошечные поры, встроенные в мембрану. Их прообразом стали природные "двери" в живых клетках, через которые внутрь проникают ионы и молекулы. Новые каналы пропускают литий, но задерживают конкурирующие ионы, которые обычно сопутствуют ему в природе.

В лабораторных испытаниях эти каналы оказались в два-пять раз избирательнее к литию, чем другие недавно созданные транспортеры лития. По словам авторов, их каналы - одни из самых селективных из когда-либо созданных.

"Литий есть в наших телефонах, машинах и энергосетях, но извлекать его из земли чисто до сих пор сложно, - говорит Мэниш Кумар (Manish Kumar), профессор факультета гражданского, архитектурного и экологического инженерии и факультета химической инженерии, один из руководителей исследования. - Наша цель - процесс быстрее, чище и проще в запуске".

Литий встречается в подземных соленых водах - рассолах, в твердых породах и в переработанных батареях. Там он смешан с другими растворенными веществами: натрием, калием, магнием и кальцием. Отделить литий от этих "двойников" трудно. Существующие методы требуют много времени и энергии, а иногда оставляют вредные отходы.

Новая работа продолжает технологию, ранее созданную для разделения других редкоземельных элементов - они используются в магнитах ветряков, аккумуляторах электромобилей и экранах. Теперь подход распространен на литий. Ученые показали: взаимодействие ионов с химическими группами на входе в канал вместе с его узкой структурой обеспечивает высокоизбирательный перенос лития.

"Теперь у нас есть набор инструментов, а не единичный результат, - говорит Харэкрашна Бехера (Harekrushna Behera), научный сотрудник лаборатории Кумара. - Понимая, как ионы взаимодействуют с химическими группами на входе в канал, мы можем проектировать более избирательные каналы для лития и, возможно, других критических минералов".

Сейчас команда работает над тем, чтобы упаковать каналы в мембраны большего размера. Для этого используют недавно разработанный материал из соединенных клеткоподобных слоев, которые можно делать из липидов или пластикоподобных полимеров. Цель - непрерывный процесс разделения лития без жестких растворителей.

Однако предстоит проверить подход на реальных рассолах, где сразу много солей, и в промышленном масштабе. Только такие испытания покажут, как технология работает вне лаборатории. Исследователи также видят потенциал за пределами добычи: переработка лития из использованных батарей и, в перспективе, создание лучших сепараторов внутри самих аккумуляторов.

Источник: Tech Xplore