海水可以提供几乎无限量的关键电池材料

蓬勃发展的电动汽车销售刺激了对锂的不断增长的需求。但是，轻金属对于制造动力包装的可充电电池至关重要，它并不丰富。现在，研究人员报告说，在开发几乎无限的锂供应方面迈出了重要的一步：将其直接从海水中抽出。

汉城国立大学化学工程师章章旭(Jang Wook Choi)说，“这代表了该领域的重大进步。”他补充说，该方法对于从废旧电池中回收锂也可能有用。

锂因可充电电池而备受青睐，因为它比其他电池材料按重量存储更多的能量。制造商每年使用超过16万吨的这种材料，在未来十年中，这一数字有望增长近10倍。但是锂的供应有限，集中在少数几个国家，在这些国家中，金属是从盐水中开采或提取的。

锂的稀缺性引发了人们的担忧，即未来的短缺可能会导致电池价格飞涨，并阻碍电动汽车和其他依赖锂的技术(例如Tesla Powerwalls)的发展，这种技术通常用于存储屋顶太阳能。

海水可以解救。据估计，世界海洋中含有1800亿吨锂。但是它很稀，大约为百万分之0.2。研究人员设计了许多过滤器和膜，以尝试从海水中选择性提取锂。但是这些努力依赖于蒸发掉大量的水来浓缩锂，这需要大量的土地使用和时间。迄今为止，尚未证明这种努力是经济的。

Choi和其他研究人员还尝试使用锂离子电池电极直接从海水和盐水中提取锂，而无需先将水蒸发掉。那些电极由夹心状的分层材料组成，这些材料设计为在电池充电时捕获并保持锂离子。在海水中，施加到抓锂电极上的负电压将锂离子拉入电极中。但是它也会吸收钠，钠是一种化学上相似的元素，海水中的钠含量是锂的约100,000倍。如果这两种元素以相同的速率进入电极，那么钠几乎会完全排挤锂。

为了解决这个问题，斯坦福大学材料科学家Yi Cui领导的研究人员正在寻找使电极材料更具选择性的方法。首先，他们在电极上涂覆了一层薄薄的二氧化钛作为阻挡层。因为锂离子比钠小，所以它们更容易蠕动穿过并进入电极夹层。

研究人员还改变了他们控制电压的方式。他们没有像其他人那样向电极施加恒定的负电压，而是对其进行了循环。首先，他们施加一个负电压，然后短暂关闭它。接下来，他们施加一个正电压，再次将其关闭，然后重复该循环。

Cui解释说，电压的变化会导致锂离子和钠离子移入电极，停止，然后在电流反向时开始移回。但是，由于电极材料对锂的亲和力比钠略高，因此锂离子最先进入电极，最后离开。因此，重复此循环可将锂集中在电极中。经过10个这样的周期(仅需几分钟)，Cui及其同事最终获得了锂与钠的比例为一比一的结果，他们本月在Joule中进行了报道。

芝加哥大学材料科学家刘冲(Chong Liu)说：“与以前使用电池电极收集锂的尝试相比，选择性至少提高了一倍。”刘冲以前是崔氏实验室的博士后科学家。

刘说，这种进步仍可能不便宜，足以与在陆地上开采锂竞争。但是，她说，她的小组正在尝试使用其他类型的锂离子电池电极来提高选择性。

Choi补充说，该方法可能还对从废弃电池中回收锂，使金属具有第二生命力并可能使电动汽车的优势增压有用。