Celosvětová produkce lithia se kvůli rozmachu elektromobility za posledních deset let více než ztrojnásobila, současné metody těžby jsou ale pomalé a energeticky velmi náročné. Vyžadují také vysokou koncentraci lithia v hornině a takové podmínky splňuje jen několik světových lokalit.
Vědci z Pritzkerovy školy molekulárního inženýrství Chicagské univerzity ale nyní přišli s možností, jak všechny tyto problémy překonat a lithium získávat i z méně koncentrovaných a světově rozšířenějších zdrojů. A to včetně mořské vody, podzemní vody a vody, která zůstává po frakování (hydraulickém štěpení využívané k těžbě obtížně dostupné ropy) a těžbě ropy na moři.
„V současné době existuje rozdíl mezi poptávkou po lithiu a jeho produkcí. Naše metoda umožňuje účinnou extrakci minerálu z velmi zředěných kapalin, což může výrazně rozšířit potenciální zdroje lithia,“ řekla Chong Liu, hlavní řešitelka výzkumu, jehož závěry byly publikované i v časopise Nature Communications.
Většina lithia používaného v lithiových bateriích se dnes získává dvěma způsoby. Buďto se těží z lithiových rud, kdy se ruda rozemele a rozpouští v kyselině sírové. Dalším krokem je pak pražení na síran lithný a loužení vodou, po němž následuje smíchání s uhličitanem sodným, čímž se získá uhličitan lithný.
Druhým způsobem je těžba ze zasoleného roztoku, přičemž tyto roztoky se nacházejí zejména pod solnými pláněmi například v Kanadě. Při této metodě se ale používá obrovské množství vody, která se čerpá na zemský povrch a poté se odpařuje.
Ani jeden způsob není příliš šetrný k životnímu prostředí a při aplikaci na méně koncentrované zdroje lithia nejsou ani příliš efektivní.
Objevená metoda naproti tomu pracuje, zjednodušeně řečeno, na principu houby. Pomocí svých krystalových mřížek totiž částice olivínfosforečnanu železitého dokáží i ze zředěných látek lithium vytáhnout tak, jako houba nasává třeba vzdušnou vlhkost. Vzhledem ke své velikosti, náboji a reaktivitě je lithium selektivně vtahováno do prostorů ve sloupcích olivínofosforečnanu železitého. Selektivně znamená, že ionty sodíku, které jsou samozřejmě ve slaných kapalinách přítomny, tato „houba“ vynechává.
Výzkumný tým různými metodami syntetizoval částice olivínfosforečnanu železitého o velikosti od 2 nanometrů až po 6 mikrometrů. Poté tyto částice vědci rozdělili do skupin podle jejich velikosti a použili je ke konstrukci elektrod, které dokážou extrahovat lithium ze slabého roztoku, a hledali ideální velikost částic tak, aby byla propustnost iontů sodíku co nejmenší.
„Ukázalo se, že uprostřed velikostní škály je zlatý bod, v němž kinetika i termodynamika upřednostňují lithium před sodíkem,“ vysvětlila dále Chong Liu s tím, že tato zjištění jsou zásadní pro posun elektrochemické extrakce lithia směrem ke komerčnímu využití. „Naznačují, že by se výzkumníci měli zaměřit na výrobu olivínfosforečnanu železitého o ideální velikosti částic, protože pak můžeme vyvinout metodu, která skutečně sníží dopad výroby lithia na životní prostředí a přitom zajistí jeho dostačující dodávky v globálním měřítku.“
