锂從玻利維亞的鹽水中提取諾亞·弗裡德曼-魯多夫斯基/彭博社通過GETTY IMAGES

蓬勃發展的電動汽車銷售刺激了對锂的需求不斷增長。但是，對于制造充滿動力的可充電電池至關重要的輕金屬并不豐富。現在，研究人員報告了朝着利用幾乎無限的锂供應邁出的重要一步：将其直接從海水中拉出。

“這代表了該領域的實質性進展”，首爾國立大學的化學工程師Jang Wook Choi說，他沒有參與這項工作。他補充說，這種方法也可能被證明對從廢舊電池中回收锂有用。

锂在可充電材料中備受推崇，因為它比其他電池材料按重量存儲更多的能量。制造商每年使用超過160，000噸的材料，預計未來十年這一數字将增長近10倍。但锂供應有限，集中在少數幾個國家，那裡的金屬要麼開采，要麼從鹹水中提取。

锂的稀缺性引發了人們的擔憂，即未來的短缺可能導緻電池價格飙升，并阻礙電動汽車和其他锂依賴技術的增長，如特斯拉Powerwalls，通常用于存儲屋頂太陽能的固定電池。

海水可以來救援。據估計，世界海洋含有1800億噸锂。但它是稀釋的，大約是百萬分之0.2。研究人員設計了許多過濾器和膜，試圖選擇性地從海水中提取锂。但這些努力依賴于蒸發掉大部分水來濃縮锂，這需要大量的土地使用和時間。迄今為止，這種努力尚未證明是經濟的。

Choi和其他研究人員還嘗試使用锂離子電池電極直接從海水和鹽水中抽取锂，而無需先蒸發水。這些電極由三明治狀層狀材料組成，設計用于在電池充電時捕獲和保持锂離子。在海水中，施加在锂抓取電極上的負電壓将锂離子拉入電極中。但它也吸收了鈉，這是一種化學上相似的元素，在海水中的含量是锂的10萬倍。如果這兩種元素以相同的速率進入電極，鈉幾乎完全排擠锂。

為了解決這個問題，由斯坦福大學材料科學家Yi Cui領導的研究人員尋找使電極材料更具選擇性的方法。首先，他們在電極上塗上一層薄薄的二氧化钛作為屏障。由于锂離子比鈉小，因此它們更容易穿過并進入電極夾層。

研究人員還改變了他們控制電壓的方式。他們沒有像其他人那樣對電極施加恒定的負電壓，而是循環它。首先，他們施加負電壓，然後短暫地将其關閉。接下來，他們施加一個正電壓，再次将其關閉，然後重複循環。

崔解釋說，電壓的變化會導緻锂和鈉離子進入電極，停止，然後在電流反轉時開始移回。然而，由于電極材料對锂的親和力略高于鈉，因此锂離子首先進入電極，最後離開。因此，重複該循環将锂集中在電極中。經過10次這樣的循環，隻需幾分鐘，Cui及其同事最終得出了锂與鈉的一比一比例，他們本月以焦耳為單位報告。

“這至少使選擇性翻了一番，”與之前使用電池電極收集锂的嘗試相比，芝加哥大學材料科學家Chong Liu說，他之前是崔氏實驗室的博士後科學家。

劉說，這一進展仍然不太可能便宜到足以與陸地上的锂礦開采競争。然而，她說，她的團隊正試圖使用其他類型的锂離子電池電極來提高選擇性。

Choi補充說，這種方法也可能被證明有助于從廢棄的電池中回收锂，使金屬具有第二次生命 ， 并可能增強電動汽車的優勢。

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